(57)【要約】      （修正有）【課題】湾曲した表面上に画像を印刷する。【解決手段】物体１４を支持する支持固定具２２と、複数のノズルを有するインクジェットプリントヘッド１８と、ロボットアームとを含む。支持固定具２２およびプリントヘッド１８の一方が、ロボットアームに取り付けられる。ロボットアームは、湾曲した表面の表面輪郭に追従する一連の走査経路３０に沿ってプリントヘッド１８を移動可能である。コントローラは、ロボットアームに連結され、プリントヘッド１８がその一連の走査経路３０に沿って移動するように構成される。コントローラにより、プリントヘッド１８が走査経路３０に沿って移動するときに、ロボットアームがプリントヘッド１８を物体の湾曲した表面に関して印刷に適した配置に連続して配置する。コントローラはさらに、基体の湾曲した表面上に画像を形成するように、複数のノズルが印刷媒体を所定の位置で走査経路３０に沿って噴出させる。【選択図】図４
2014111307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元の物体の湾曲した表面上に画像を印刷するための装置であって、
前記物体を支持するように適合された支持固定具と、
複数のノズルが印刷媒体源に連結されたインクジェットプリントヘッドと、
関節結合可能なロボットアームであって、前記プリントヘッドおよび前記支持固定具の一方が、ロボットアームに取り付けられロボットアームによって担持され、前記プリントヘッドが一連の走査経路に沿って前記物体の湾曲した表面の表面輪郭に追従して相対的に移動するように、移動の自由度が４以上であり、移動可能である、ロボットアームと、
前記ロボットアームに連結され、前記プリントヘッドが前記一連の走査経路に沿って相対的に移動するように前記ロボットアームを関節結合させるように構成されたコントローラであって、前記プリントヘッドが前記一連の走査経路に沿って移動するときに、前記ロボットアームが、前記プリントヘッドを前記物体の湾曲した表面に関して印刷に適した配置に連続して配置し、前記プリントヘッドに連結され、さらに、前記基体の湾曲した表面上の画像を形成するように前記複数のノズルが前記走査経路に沿った所定の位置で印刷媒体を噴出するように構成されるコントローラと
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記走査経路が直線であることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、前記複数のノズルが直線の配列および２次元の配列のうち一方で設けられることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、前記コントローラが、前記コントローラのメモリに格納された画像位置データと互いに関係する前記走査経路上の既知の点からの距離に基づいて、前記複数のノズルが印刷媒体を噴出するように構成されることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置であって、前記コントローラが、前記走査経路に沿った移動の開始点で開始信号を受信し、前記走査経路に沿った追加の距離で前記開始点に関連する追加の距離信号を受信するように構成されることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、前記コントローラが、所望の走査経路に関連する実際の走査経路に基づいてエラーを修正するように構成され、前記複数のノズルからの印刷媒体の噴出の制御が、前記実際の走査経路に対応するように修正されることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置であって、パーツの湾曲した表面上の前記パーツの構成を感知するように構成されたセンサをさらに備え、前記コントローラが、前記センサによるパーツ構成の感知に基づいて前記複数のノズルが印刷媒体を噴出するように構成されることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、前記センサが光学センサであることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項７に記載の装置であって、前記センサがレーザセンサであることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の装置であって、前記コントローラが、前記複数のノズルそれぞれから印刷媒体を噴出するための１組の値をメモリに格納するように構成され、前記１組の値が、前記パーツ構成の各位置に対応することを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置であって、前記コントローラが、前記プリントヘッドの実際の配置を前記物体の表面上の３次元の画像に対応する格納された画像データと比較し、それに基づいて前記複数のノズルからの印刷媒体の噴出を制御するように構成されることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の装置であって、前記物体の湾曲した表面に対する前記プリントヘッドの高さを監視するように構成されたプリントヘッド高さセンサをさらに備えることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置であって、前記プリントヘッドの前記監視した高さに基づいて、前記プリントヘッドおよび前記物体の表面の一方が互いに向かってまたは互いから離れる方に移動するように構成されたアクチュエータをさらに備えることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の装置であって、前記プリントヘッド高さセンサがレーザを含むことを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の装置であって、前記コントローラが、前記ロボットアームの関節結合が前記プリントヘッドを前記物体の湾曲した表面に垂直な向きに位置決めするように構成されることを特徴とする装置。
【請求項１６】
３次元の物体の湾曲した表面上に画像を印刷するための方法であって、
その上に印刷する湾曲した表面を有する３次元の物体を設けるステップと、
前記物体の表面近傍に複数のノズルを有するインクジェットプリントヘッドを配置するステップと、
走査経路に沿って前記物体の表面を横切るように前記インクジェットプリントヘッドを相対的に移動させ、その間に前記物体の表面によって示される湾曲に対して前記インクジェットプリントヘッドを位置決めするステップと、
前記物体に対する前記プリントヘッドの配置、およびコントローラのメモリに格納され前記物体の表面と互いに関係する画像データに従って、前記複数のノズルからインクを噴出するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、インクを噴出する前記ステップがさらに、前記インクジェットプリントヘッドの相対的な移動に関する開始位置を決定し、前記プリントヘッドが前記走査経路に沿って移動した、開始点からの距離に基づいて、前記インクジェットプリントヘッドからインクを噴出するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法であって、インクを噴出する前記ステップがさらに、インクの噴出の開始からの経過時間、および前記走査経路に沿って移動する前記プリントヘッドの速度に基づいて、インクを最初に噴出する時間を決定して前記インクジェットプリントヘッドからインクを噴出するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載の方法であって、インクを噴出する前記ステップがさらに、前記物体の表面に対する前記プリントヘッドの絶対座標を決定し、コントローラのメモリに格納された前記座標を画像データと互いに関係させるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１６に記載の方法であって、インクを噴出する前記ステップがさらに、センサでパーツ構成を感知し、コントローラのメモリに格納された画像データと互いに関係する前記感知したパーツ構成の位置に基づいて、前記インクジェットプリントヘッドからインクを噴出するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１６に記載の方法であって、前記物体の実際の表面に対する前記プリントヘッドの高さを感知し、前記物体の実際の表面に対するオフセット高さに前記プリントヘッドの高さを調節するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、３次元の対象物上の印刷に関する。より詳細には、本発明は、インクジェットプリントヘッドを組み込んだロボットシステムを用いて湾曲した基体上に高品質の画像を印刷する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
成型プラスチック製の物体が金属製およびガラス製の物体の代替品として広く受け入れられている。例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのプラスチック材料製のパネルは現在、Ｂピラー、ヘッドランプ、窓、ムーンルーフおよびサンルーフなどの構成要素を含む、様々な自動車の用途で従来のガラス窓および金属ボディパネルの代わりに用いられている。自動車の窓システムは、特に様式／設計、軽量化、安全性およびセキュリティの領域の多くの特定される利点により、これらのプラスチック材料にとって特に望ましい用途である。より具体的には、プラスチック材料により、全体的な設計および形状が複雑になることによって自動車の製造業者が彼らの車両を区別できるようになる。従来のガラス窓システムと比べて重量が軽くなるので、プラスチック製の窓システムおよび構成要素を車両に組み込むと、車両の重心を低くする（したがって車両の操作性および安全性が向上する）と共に燃費を向上させることを容易にすることができる。さらに、乗員または乗客が車両内に留まる可能性が高いので、安全性、具体的には転覆事故での安全性の強化が実現される。プラスチック製の窓システムと関連する他の利点は、いくつかの構成要素が１つの物体中に一体化し（前もって互いに結合または連結され）、それにより組立て動作の回数を減少できることである。
【０００３】
固有の問題の１つは、プラスチック製の窓システムでは、結果として生じる物体の複雑な表面形状（凹所、凸所、湾曲の繰り返しなど）上に高品質の画像を簡単に印刷できないことである。複雑な３次元の物体の表面上に画像を作る他の手段は時間を浪費するので印刷が望ましい。残念ながら、スクリーン印刷およびパッド印刷などの一般的な２次元の印刷方法は、こうした必要性を満たすのに限定的にしか成果を挙げていない。
【０００４】
インクまたはペーストを使用して２次元の物体のどちらの表面上にも画像を印刷することができる、様々な方法が当業者に知られている。上記で言及した方法に加えて、他の方法には、スクリーン印刷、インクジェット印刷および（ドリップ・アンド・ドラッグ、ストリーミング、および単純なフロー分配法などの）自動的な分配法が含まれる。上記の例ではそれぞれ、パネルの形状は印刷する画像の質に影響し、例えば、スクリーン印刷および他の方法は非平面のパネル上では非常に難しくなる。印刷を行う速度も、個々に印刷される線または構成、したがって結果として生じる画像の質に影響を及ぼす。速度が遅く、インクまたはペーストの流速が高いと、画像の構成が幅広くなり厚くなる可能性がある。逆に、速度が速く、流速が遅いと、構成が細く薄くなる可能性がある。さらに、印刷装置と物体の表面との間に適切なオフセット距離を維持することは、表面形状が複雑になるにつれて難しくなるが、適切なオフセットを維持することは、高品質の画像を保証するために必要である。さらなる課題の１つは、それぞれ新しい物体の設計に関して特定の物体専用の新しい印刷システムを構築しなければならないのとは逆に、印刷システムを異なる形状の物体に簡単に適合可能であることである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、プラスチック製の自動車の窓など、３次元の物体または基体の表面上に画像を印刷するための改良型の装置および方法を提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の必要性を満たし、かつ関連の技術の列挙した欠点および他の制限を克服する際に、本発明は、概して、限定されないがプラスチック製の自動車の窓を含む３次元の物体の湾曲した表面上に画像を印刷するための装置および方法を提供する。その印刷装置は、３次元の物体を支持するように適合された支持固定具を含むロボットシステムである。印刷する物体の湾曲した表面の反対側にアームの端部を位置決めできるように、支持固定具に対して関節結合可能なアームを位置決めする。インクジェットプリントヘッドがアームの端部によって担持されそれに取り付けられる。自由度４以上でアームが移動可能であるという点で、アームは、物体の湾曲した表面に対してどの向きでもどの位置にもインクジェットプリントヘッドを位置決めすることができる。インクジェットプリントヘッドは、インク源または印刷に適した他の媒体の源に連結された複数のノズルを含み、コントローラまたはコントロールシステムからのコマンドに従ってノズルからインクを分配するための適切な制御構造も含む。
【０００７】
画像を生成するためには、特定の形状の波形、振幅およびパルス時間を、物体の表面上の画素の位置に対応する、正確な時点でプリントヘッド内の噴射それぞれに個別に加えなければならない。これは、ノズルから噴出されるインクの量を、部分的に結果として生じる物体上のインクの画素の特徴、最終的には画像全体の質を制御する。従来のインクジェット印刷用途は、プリントヘッドの位置を、対象物に対して自由度２（ｘ軸およびｙ軸）、場合によっては３（Ｘ、Ｙ、およびＺ軸）の移動で操作する。本発明では、物体の湾曲した表面に対してプリントヘッドを位置決めする際に４以上（最大６）の自由度を用いる。Ｘ、Ｙ、およびＺ軸に沿った移動によって行われる平行移動の位置決めに加えてプリントヘッドの向きの位置決めを行うように、これらの追加の自由度は、３つの軸、すなわちＡ、ＢおよびＣ（Ｘｒ、ＹｒおよびＺｒと呼ばれることもある）の周りの回転運動を含む。このようにして、プリントヘッドの向きを、常に物体の表面に対して垂直に維持することができる。
【０００８】
本発明では、アームは、走査経路または方向として知られる投影された直線に沿ってプリントヘッドを物体の表面にわたって移動させる。物体の表面上の各位置およびプリントヘッドの配置に関して、プリントヘッドの各ノズルは、ノズルがインクを噴出するか否かを命令し、噴射することを命令する場合は、正確に噴出するその量のインクを命令する、関連の組の値、制御信号または波形を有する。制御信号は、物体の湾曲した表面上に所望の画像を生成するために必要な印刷された画素に対応する。
【０００９】
アームの端部の配置を制御することによって、プリントヘッドの配置（位置および向き）が印刷される物体の表面に対して制御される。様々な方法を用いて、物体の表面に対するプリントヘッドの実際の配置を判定することができる。プリントヘッドの実際の配置が分かると、様々な方法を用いて、物体に対する実際の各配置で、ノズルのための発射パルスの生成を制御することができる。これは、走査経路に対して定められるかまたは推定される画像データと組み合わせた、プリントヘッドが例えば走査パスの開始時からの距離など走査経路に沿って移動した相対距離と、プリントヘッドの移動速度のレプリケーションおよびリアルタイムの知識に関する画像と組み合わせた、印刷を開始した時期の知識と、同じ座標に関連して予め決められた画像データと組み合わせた、プリントヘッドの絶対座標とに基づいて発射パルスを決定するステップと、レーザまたは他のセンサでパーツ構成を感知するステップと、構成の絶対または相対位置に基づいてパルスを発生するステップとを含む。
【００１０】
したがって、本発明の一態様では、３次元の物体の湾曲した表面上に画像を印刷するための装置であって、物体を支持するように適合された支持固定具と、複数のノズルが印刷媒体源に連結されたインクジェットプリントヘッドと、関節結合可能なロボットアームであって、物体を支持する支持固定具およびプリントヘッドの一方が、ロボットアームに取り付けられロボットアームによって担持され、プリントヘッドが一連の走査経路に沿って物体の湾曲した表面の表面輪郭に追従して相対的に移動するように、移動の自由度が４以上であり、移動可能である、ロボットアームと、ロボットアームに連結され、プリントヘッドが一連の走査経路に沿って移動するようにロボットアームを関節結合させるように構成されたコントローラであって、プリントヘッドが一連の走査経路に沿って移動するときに、ロボットアームが、プリントヘッドを物体の湾曲した表面に関して印刷に適した配置に連続して配置し、プリントヘッドに連結され、さらに、基体の湾曲した表面上の画像を形成するように複数のノズルが走査経路に沿った所定の位置で印刷媒体を噴出するように構成されるコントローラとを備える装置が提供される。
【００１１】
本発明の他の態様では、走査経路は直線である。
【００１２】
本発明のさらなる態様では、複数のノズルはある配列で設けられる。
【００１３】
本発明の追加の態様では、複数のノズルは直線の配列で設けられる。
【００１４】
本発明のさらに他の態様では、複数のノズルは２次元の配列で設けられる。
【００１５】
本発明の他の態様では、コントローラは、コントローラのメモリに格納された画像位置データと互いに関連する走査経路上の既知の点からの距離に基づいて、複数のノズルが印刷媒体を噴出するように構成される。
【００１６】
本発明のさらなる態様では、コントローラは、走査経路に沿った移動の開始点でロボットアームから開始信号を受信し、走査経路に沿った追加の距離で開始点に関連する追加の距離信号を受信するように構成される。
【００１７】
本発明の追加の態様では、コントローラは、所望の走査経路に関連する実際の走査経路に基づいてエラーを修正するように構成され、複数のノズルからの印刷媒体の噴出の制御が、実際の走査経路に対応するように修正される。
【００１８】
本発明のさらに他の態様では、センサが、パーツの湾曲した表面上のパーツ構成を感知するように構成され、コントローラは、センサによるパーツ構成の感知に基づいて複数のノズルが印刷媒体を噴出するように構成される。
【００１９】
本発明の他の態様では、センサは光学センサである。
【００２０】
本発明のさらに他の態様では、センサはレーザセンサである。
【００２１】
本発明の追加の態様では、コントローラは、複数のノズルそれぞれから印刷媒体を噴出するための１組の値をメモリに格納するように構成され、その１組の値が、パーツ構成の各位置に対応する。
【００２２】
本発明の他の態様では、コントローラは、プリントヘッドの実際の配置を物体の表面上の３次元の画像に対応する格納された画像データと比較し、それに基づいて複数のノズルからの印刷媒体の噴出を制御するように構成される。
【００２３】
本発明のさらなる態様では、プリントヘッド高さセンサが、物体の湾曲した表面に対するプリントヘッドの高さを監視するように構成される。
【００２４】
本発明の追加の態様では、アクチュエータが、プリントヘッドの前記監視した高さに基づいて、プリントヘッドを物体の湾曲した表面からある距離まで移動するように構成される。
【００２５】
本発明のさらに他の態様では、プリントヘッド高さセンサはレーザを含む。
【００２６】
本発明のさらなる態様では、コントローラは、ロボットアームの関節結合がプリントヘッドを物体の湾曲した表面に垂直な向きに位置決めするように構成される。
【００２７】
本発明の追加の態様では、３次元の物体の湾曲した表面上に画像を印刷するための方法であって、その上に印刷する湾曲した表面を有する３次元の物体を設けるステップと、物体の表面近傍に複数のノズルを有するインクジェットプリントヘッドを配置するステップと、走査経路に沿って物体の表面を横切るようにインクジェットプリントヘッドを移動させ、その間に物体の表面によって示される湾曲に対してインクジェットプリントヘッドを位置決めするステップと、物体に対するプリントヘッドの配置、およびコントローラのメモリに格納され物体の表面と互いに関係する画像データに従って、複数のノズルからインクを噴出するステップとを含む方法が提供される。
【００２８】
本発明の他の態様では、インクを噴出するステップがさらに、インクジェットプリントヘッドの移動に関する開始位置を決定し、プリントヘッドが走査経路に沿って移動した、開始点からの距離に基づいて、インクジェットプリントヘッドからインクを噴出するステップを含む。
【００２９】
本発明のさらに他の態様では、インクを噴出するステップがさらに、インクの噴出の開始からの経過時間、および走査経路に沿って移動するプリントヘッドの速度に基づいて、インクを最初に噴出する時間を決定してインクジェットプリントヘッドからインクを噴出するステップを含む。
【００３０】
本発明の追加の態様では、インクを噴出するステップがさらに、物体の表面に対するプリントヘッドの絶対座標を決定し、コントローラのメモリに格納された前記座標を画像データと互いに関係させるステップを含む。
【００３１】
本発明のさらに他の態様では、インクを噴出するステップがさらに、センサでパーツ構成を感知し、コントローラのメモリに格納された画像データと互いに関係する感知したパーツ構成の位置に基づいて、インクジェットプリントヘッドからインクを噴出するステップを含む。
【００３２】
本発明のさらなる態様では、物体の実際の表面に対するプリントヘッドの高さを感知し、物体の実際の表面に対するオフセット高さにプリントヘッドの高さを調節するステップが提供される。
【００３３】
本明細書で説明する図面は、単に例示のためのものであり、決して本発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】３次元の物体上でインクジェットプリントヘッドを横切らせ本発明の原理を実施する、ロボットアームの斜視図である。
【図２Ａ】内部に配置されたノズルの直線の配列を示す、インクジェットプリントヘッドの下面の代表的な斜視図である。
【図２Ｂ】内部に配置されたノズルの２次元の配列を示す、インクジェットプリントヘッドの下面の代表的な斜視図である。
【図３】インクジェットプリントヘッドの走査経路の直線の投影を示し、画像が部分的にその上に印刷された、３次元の物体の平面図である。
【図４】本発明の原理に従って走査経路に追従し画像を印刷する、インクジェットプリントヘッドの、概して図３の線４−４に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下の説明は、本質的に単なる代表的なものであり、決して本発明あるいはその適用または使用を限定するものではない。説明および図面を通して、一致する参照番号は同様のまたは一致する部分および特徴を指すことを理解されたい。
【００３６】
本発明は、概して、３次元（３−Ｄ）の物体の湾曲した表面上に印刷する方法を提供する。より詳細には、本発明は、移動の自由度が４以上のロボットアームと連動したインクジェットプリントヘッドを用いることによって、３−Ｄ物体の湾曲した表面上に高品質の画像を印刷する方法を提供する。
【００３７】
次に図１を参照すると、そこに示すように、ロボットシステム１０が、３−Ｄ物体１４上に画像１２を印刷するように構成され、その３−Ｄ物体１４は、自動車両のプラスチック製リアウィンドウアセンブリ（バックライト）として示されている。プラスチック製の自動車用ウィンドウアセンブリは、一般に、剛体で透明の基体から構築され、その基体上に１つ以上の保護コーティングが施される。
【００３８】
基体自体は、熱可塑性の高分子樹脂あるいはそれらの混合物または組み合わせから形成することができる。適切な熱可塑性樹脂には、限定されないが、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエステル樹脂、およびポリスルホン樹脂、ならびにそれらの共重合体および混合物が含まれる。基体は、成型、熱成形、または押出し成形など、様々な既知の技術の１つを使用することによって所望の形状に形成することができる。
【００３９】
保護コーティングは、紫外線放射、酸化、および磨耗の作用を受けることなど、自然の出来事から物体１４を保護するように選択および設計される。これは、基体の片面または両面（外面および内面）上に単一の保護コーティングまたは複数の保護コーティングを使用することによって実現することができる。実際には、保護コーティングは、プラスチック製フィルム、有機コーティング、無機コーティング、またはそれらの混合物でよい。プラスチック製フィルムは、基体と同じ組成でも異なる組成でもよい。フィルムおよびコーティングは、耐摩耗性を強化するために紫外線吸収（ＵＶＡ）分子、分散剤などの流動性を制御する添加剤、界面活性剤、および透明の充填剤（例えば、シリカ、酸化アルミニウムなど）、ならびに結果として生じる物体１４の光学的、化学的、または物理的特性を修正するために他の添加剤を含むことができる。保護コーティングは、当業者に知られた任意の適切な技術によって施すことができる。これらの技術は、真空アシスト蒸着プロセスで用いられるような、反応種からの蒸着、およびゾルゲルコーティングを基体に施すために用いられるような大気圧コーティングプロセスを含む。真空アシスト蒸着プロセスの例には、限定されないが、プラズマ促進化学蒸着、イオンアシストプラズマ蒸着、マグネトロンスパッタリング、電子ビーム蒸着、およびイオンビームスパッタリングが含まれる。大気圧コーティングプロセスの例には、限定されないが、カーテンコーティング、スプレーコーティング、スピンコーティング、ディップコーティング、およびフローコーティングが含まれる。
【００４０】
画像１２は、ブラックアウトまたはフェードアウトの縁部、ロゴまたは規則的な記号など、任意の所望の画像でよく、基体に保護コーティングを施す前に印刷してもよく後に印刷してもよい。したがって、画像１２を基体の表面上に直接印刷し、（１つ以上の）保護コーティングによって封入することができる。代わりに、画像を、保護コーティングのうち任意の１つによって定められた表面上に印刷することができ、その保護コーティングはそれらのコーティングのうちの最も外側のコーティングを含む。
【００４１】
画像１２は、インクジェット印刷、具体的にはシステム１０で用いるプリントヘッドで使用するために処方されたオペークインクから形成される。限定されないが、固形物含有率、粒子の分布、流動性の特性、および硬化の特徴が含まれる、インクのタイプおよびインクのパラメータは、ノズルオリフィスの寸法、動作温度および圧力など、プリントヘッドに関する動作パラメータに合うように選択する必要があることを当業者は認識するであろう。さらに、インクは（インクに対する付着性とインクの非劣化性の両方の点から）基体を形成する材料および（１つ以上の）保護コーティングと融和性でなければならない。
【００４２】
ロボットシステム１０はロボットアーム１６を含み、そのロボットアーム１６は、自由度４以上、好ましくは６で移動可能であり、その結果物体１４が物体１４を固定式に保持する据置き型支持固定具２２中に位置決めされるときに、インクジェットプリントヘッド１８が取り付けられたロボットアーム１６の端部を、物体１４の湾曲した表面２０に対して任意の配置に（位置および向きに）配置することができる。したがって、ロボットアーム１６の端部上のプリントヘッド１８によって定められる工具中心点（ＴＣＰ）を、Ｘ、ＹおよびＺ座標系の任意の点まで平行移動し、Ｒｘ、ＲｙおよびＲｚでの回転軸のうちいずれかの周りを回転して方向付けすることができる。ここでＲｘ、Ｒｙ、Ｒｚは自由度６の位置の方向成分を示す（本明細書で用いられるように、これは一般的な用語であり、これらの回転軸は、出典によっては例えばＡ、Ｂ、Ｃを含む異なる学術用語で呼ばれることが多いことに留意されたい）。Ｒｘ、ＲｙおよびＲｚでの回転軸は、以下でさらに検討するようにプリントヘッド１８によって定められる（図４に示す）印刷面３６に対して垂直な軸を定める。このようにして、プリントヘッド１８が印刷プロセス中に表面２０にわたって走査する（走査経路に沿って移動する）ときに、ＴＣＰの位置および向きは、常に、物体１４の表面２０からの指定の距離と、物体１４の表面２０に対して垂直であることの両方を維持することができる。
【００４３】
ロボットシステム１０は、支持表面２４に静止して取り付けられ、上記で記載したように、ロボットアーム１６の端部に取り付けられたプリントヘッド１８を含む。プリントヘッド１８は、当業者によって一般に知られているように構築され、３−Ｄ物体１４の表面２０上に印刷するように構成される。インクを噴出するために、プリントヘッド１８は一連のノズル２８を含み、それらのノズル２８は、図２Ａに見られるような直線の配列、図２Ｂに見られるように２次元の配列、または特定の印刷用途に適切な他の構成で位置決めされる。
【００４４】
印刷中に、コントローラ２６が、ロボットアーム１６の動きを制御し、図１、図３および図４に概略的に３０で示される一連の走査経路または走査パスを通るようにプリントヘッド１８を動かす。走査経路３０は、特定の印刷用途に適切に定められたオフセット距離（ｄ）の位置で物体１４を横切って進むときに、プリントヘッド１８が物体１４の表面２０の輪郭に追従するようになっている。走査経路３０は、物体１４の表面２０の輪郭に追従する間は、物体１４上に一連の平行で直線の投影を定めるような方向になっている。これは図３の平面図で簡単に見られる。一般に、ロボットアーム１６は、プリントヘッド１８が物体１４の一端部にある状態で開始し、物体の反対側の端部に達するまでそれぞれ連続する走査パス３０を通って前進する。
【００４５】
物体１４の表面２０上の全ての点が、物体１４の表面２０上への画像１２の塗布に従ってノズル２８からのインクの噴出を制御するための１組の値を表す画素を定めるものと考えられる。したがって、各画素の位置に関して、コントローラ２６のメモリに格納された１組の値が、画像１２の画素をその位置で印刷するようにプリントヘッド１８上の所定のノズル２８がインクを噴出するかどうかを決定する。プリントヘッド１８が各走査パス３０を通って移動するときに、各画素の位置に関して、プリントヘッド１８のノズル２８はそれぞれ、規定（すなわち特定の量など）されたようにしてインクを噴出するか、またはインクを噴出しない。１組の値を各画素の位置に関連付けることによって、画像１２は物体１４上の適切な領域に印刷される。図１および図３に見られるように、画像１２は物体１４の縁部周りにもたらされるブラックアウトの構成である。
【００４６】
上記で言及したように、コントローラ２６は、ロボットアーム１６に電気的に接続され、アーム１６、したがってプリントヘッド１８の動きを制御する。同じコントローラ２６、または追加のコントローラが、プリントヘッド１８およびＴＣＰの配置に対応する物体１４上の画素の位置によって表される値の組に従って、プリントヘッド１８およびノズルからのインクの噴出を制御する。したがって、コントローラ２６は、インクジェットプリントヘッド１８と共通に関連付けられた必要な機構または構造を制御する。その機構または構造は（１つ以上の）任意の流量調節装置を含み、その流量調節装置は、ノズル２８と関連し、印刷媒体（インク）源３２をノズル２８に流体接続する。インクジェットプリントヘッド１８に関連する様々な構造が当業者には周知であり、したがって本明細書でさらに詳細に検討する必要はない。
【００４７】
物体１４を形成するときに、ＣＡＤ情報を用いて物体１４の理想の形状を定めることができる。しかし、製造中に物体１４が様々なプロセスにかけられるので、物体１４の実際の形状は物体１４の理想の形状とはわずかに異なる。物体１４上に高品質の画像１２を生成するためには、これを考慮にいれなければならない。画像１２を生成するために、特定の形状、振幅およびパルス時間の波形を、非常に正確な時間に各ノズル２８に加えなければならず、その時間は、物体１４の実際の表面２０上のある画素の位置およびその画素の位置に関する関連の組の値とＴＣＰを合わせるのに対応する。
【００４８】
物体１４の表面２０からのプリントヘッド１８の適切なオフセット（ｄ）を確保するために、システム１０は、全体を本願に引用して援用する米国特許出願第１１／３２１，５６７号に記載されているような、アクティブ高さ制御機構を用いることができる。一般に、こうした高さ制御機構では、（三角測量レーザ、光センサ、気圧センサ、超音波センサ、磁気センサなどの）センサ３４が、プリントヘッド１８のノズル２８によって定められた、物体１４の表面２０からの平面３６の距離を直接または間接的に測定する。この測定の結果、コントローラ２６は、物体１４の表面２０からの所望のオフセット距離（ｄ）にプリントヘッド１８を移動させるように、ロボットアーム１６の配置を修正する。代わりに、プリントヘッド１８の配置、したがってノズル２８の配置を、ロボットアーム１６の端部上のプリントヘッド１８と関連したアクチュエータを使用して、センサ３４からの入力に基づいてアクティブに制御することができる。こうしたアクチュエータは、プリントヘッド１８およびノズル２８を（表面２０に向けてまたはそこから離れる方に）所定のオフセット距離（ｄ）まで、ノズル平面３６に対して垂直な軸に沿って特定の用途によって規定される通りに移動させる。アクチュエータは、リニアモータおよび電気、油圧、気圧、圧電性、電磁気、または他のアクチュエータなど、速い応答および高い正確性が可能な様々な装置のうちいずれか１つでよい。
【００４９】
上記に記載したように、様々な方法を用いて、物体１４の実際の表面２０に対するプリントヘッド１８の実際の配置を判定することができる。プリントヘッド１８の実際の配置が分かると、様々な方法を用いて、物体１４の表面２０の実際の各配置で、ノズル２８のための発射パルス（所定の画素の位置の、各ノズルに関して上記で言及した組の値）の生成を制御することができる。本明細書で説明する様々な方法は、走査経路３０に対して定められるかまたは推定される画像データと組み合わせた、プリントヘッド１８が例えば走査経路３０の開始時からの距離など走査経路３０に沿って移動した相対距離と、プリントヘッドの移動速度のレプリケーションおよびリアルタイムの知識に関する画像と組み合わせた、走査パス中に走査経路３０に沿って印刷を開始した時期の知識と、同じ座標に関連して予め決められた画像データと組み合わせた、プリントヘッド１８の絶対座標とに基づいて発射パルスを決定するステップと、レーザまたは他のセンサで物体１４の表面２０上の構成を感知するステップと、それらの構成の絶対または相対位置に基づいてパルスを発生するステップとを含む。
【００５０】
上記の方法の第１のステップ、すなわち走査パス３０の開始点からの相対距離に基づいて発射パルスを決定するステップでは、少なくとも第１の走査経路３０の、場合によってはそれに続く各走査経路３０の開始点は、支持固定具２２の物体１４の位置に関して決定される。ロボットアーム１６によって走査経路３０に沿ってプリントヘッド１８の移動を開始する際に信号が出力される。開始信号から、走査経路３０に沿ったプリントヘッド１８の配置を記録する距離信号が連続して出力される。これらの距離は、コントローラ２６のメモリに格納された画像データと互いに関係があり、適切なノズル２８は、プリントヘッド１８が走査経路３０に沿って移動した距離に対応する、物体１４の表面２０上の画素の位置に関連した値の組によって起動される。好ましくは、プリントヘッド１８は、最初に加速し、物体１４上の印刷が必要な第１の画素の位置に達する前に一定の速度に達する。プリントヘッド１８が加速する間に印刷が必要な画素の位置に出合う場合は、値の組およびノズル２８の発射パルスは、物体１４の表面上に印刷された画素の適切な配置が実現するように、プリントヘッド１８のそのときの加速と互いに関係がある。走査経路の開始時の適切な位置決めを様々な手段によって補償することができる。こうした手段の１つは、物体１４の表面２０上に印刷することなしに、走査経路３０に沿ってプリントヘッド１８を延ばすことであり、その間に、物体１４の表面２０に対する走査経路３０のおおよその位置決めを補償するように、本当の配置のデータをロギングし、次いで本当の配置のデータに補正／フィルタリングアルゴリズムを適用する。
【００５１】
ある程度類似した方法では、走査経路３０の開始時に開始信号を出力する代わりに、印刷が必要な物体１４の表面２０上の第１の画素の位置で、開始信号を出力することもできる。これにより、メモリに格納された画像データと併せて、印刷が必要なそれに続く画素の位置が、印刷開始位置、および好ましくは一定の速度である走査経路に沿ったプリントヘッド１８の移動速度に対して出合う時期を計算することが可能になる。
【００５２】
上記の方法の他の方法では、発射パルス（物体１４の表面２０上の所定の画素の位置に関する値の組）は、プリントヘッド１８の絶対座標に基づいている。これらの座標は、物体１４の実際の表面２０に対して１つ以上センサによって判定され、物体１４の実際の表面２０上の画素の位置と互いに関係している。次いで、この座標は、コントローラ２６のメモリに格納された予め決められた画像データと組み合わせそれらの同じ座標と関連して、各画素の位置に関して適切にノズル２８からインクを噴出させるために使用される。
【００５３】
最後に、発射パルスは、物体１４の表面２０上に形成された構成を感知することに基づいて判定することができる。したがって、物体１４の表面２０上の周囲フレームまたは他の印であってよい成型された構成または一連の構成はレーザまたは他のセンサで感知される。次いで、感知された構成または一連の構成は、コントローラ２６のメモリに格納された構成のデータと比較され、１つ以上の構成に関する画素の位置に対応する１組の値と関係している。したがって、発射パルスは、物体１４の表面２０上の感知された構成の絶対または相対位置に基づいて発生する。
【００５４】
上記の代わりとして、ロボットアーム１６を、物体を支持する支持固定具２２に連結し、それを担持することができる。したがって、ロボットアーム１６により、この代替の実施形態では静止することになるプリントヘッド１８の動きと反対に物体１４が動く。しかし、物体１４の表面２０に対するプリントヘッド１８の相対的な動きは、上記で説明したようにやはり生じることになる。
【００５５】
当業者は簡単に理解するように、上記の説明は本発明の原理の実装の例示として言及している。本発明が以下の特許請求の範囲で定義される本発明の精神から逸脱することなく変形、改変および変更できるという点で、この説明は本発明の範囲または適用を限定するものではない。
【図１】
2014111307.tif 000003
【図２Ａ】
2014111307.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
2014111307.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成26年2月10日(2014.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元の物体の湾曲した表面上に画像を印刷するための装置であって、
前記物体を支持するように適合された支持固定具と、
複数のノズルが印刷媒体源に連結されたインクジェットプリントヘッドと、
関節結合可能なロボットアームであって、前記プリントヘッドおよび前記支持固定具の一方が、ロボットアームに取り付けられロボットアームによって担持され、前記プリントヘッドが一連の走査経路に沿って前記物体の湾曲した表面の表面輪郭に追従して相対的に移動するように、移動の自由度が４以上であり、移動可能である、ロボットアームと、
前記ロボットアームに連結され、前記プリントヘッドが前記一連の走査経路に沿って相対的に移動するように前記ロボットアームを関節結合させるように構成されたコントローラであって、前記プリントヘッドが前記一連の走査経路に沿って移動するときに、前記ロボットアームが、前記プリントヘッドを前記物体の湾曲した表面に関して印刷に適した配置に連続して配置し、前記プリントヘッドに連結され、さらに、前記基体の湾曲した表面上の画像を形成するように前記複数のノズルが前記走査経路に沿った所定の位置で印刷媒体を噴出するように構成されるコントローラと
を備えることを特徴とする装置。
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月25日(2014.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元の物体の湾曲した表面上に画像を印刷するための装置であって、
前記物体を支持することができる支持固定具と、
複数のノズルが印刷媒体源に連結されたインクジェットプリントヘッドと、
関節結合可能なロボットアームであって、前記プリントヘッドおよび前記支持固定具の一方が、ロボットアームに取り付けられロボットアームによって担持され、前記プリントヘッドが一連の走査経路に沿って前記物体の湾曲した表面の表面輪郭に追従して相対的に移動するように、移動の自由度が４以上であり、移動可能である、ロボットアームと、
前記物体の湾曲した表面に対する前記プリントヘッドの高さを監視するように構成されたプリントヘッド高さセンサであって、ロボットアームに取り付けられロボットアームによって担持されるプリントヘッド高さセンサと、
前記ロボットアームに連結され、前記プリントヘッドが前記一連の走査経路に沿って相対的に移動するよう前記ロボットアームに関節による結合運動をさせるように構成されたコントローラであって、前記プリントヘッド高さセンサに結合されて、前記プリントヘッドが前記一連の走査経路に沿って移動するときに、前記ロボットアームが、前記プリントヘッドを前記物体の湾曲した表面に垂直な向きで、印刷に適した位置に継続的に配置し、前記プリントヘッドに連結され、さらに、前記物体の湾曲した表面上の画像を形成するように前記複数のノズルが前記走査経路に沿った所定の位置で印刷媒体を噴出するように構成されるコントローラと、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記コントローラが、該コントローラのメモリに格納された値の集合にもとづいて前記印刷媒体を噴出させ、所与のノズルが印刷媒体を噴出するかどうかを制御するように構成される、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、前記コントローラが前記複数のノズルを制御して、前記プリントヘッドの各ノズルが印刷媒体を噴出するか、またはインクを噴出しないかを制御する、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、パーツの湾曲した表面上の前記パーツの構成を感知するように構成されたセンサをさらに備え、前記コントローラが、前記センサによるパーツ構成の感知に基づいて前記複数のノズルが印刷媒体を噴出するように構成される、装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置において、前記コントローラが、前記複数のノズルそれぞれから印刷媒体を噴出するための値の集合をメモリに格納しておくように構成され、前記値の集合が、前記パーツ構成の各位置に対応することを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項４に記載の装置において、前記センサが光学センサであることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置において、前記コントローラが、前記プリントヘッドの実際の配置を前記物体の表面上の３次元の画像に対応する格納された画像データと比較し、それに基づいて前記複数のノズルからの印刷媒体の噴出を制御するように構成される、装置。
【請求項８】
３次元の物体の湾曲した表面上に画像を印刷するための方法であって、
印刷が施される湾曲した表面を有する３次元の物体を設けるステップと、
前記物体の表面近傍に複数のノズルを有するインクジェットプリントヘッドを配置するステップと、
前記物体の表面によって示される湾曲に対して垂直な向きで前記インクジェットプリントヘッドを位置決めしながら、走査経路に沿って前記物体の表面を横切るように前記インクジェットプリントヘッドを相対的に移動させるステップと、
前記物体の実際の表面に対する前記プリントヘッドの高さを検出し、前記プリントヘッドの高さを前記物体の実際の表面に対するオフセット高さに調節するステップと、
前記物体に対する前記プリントヘッドの配置、およびコントローラのメモリに格納され前記物体の表面と相関する画像データに従って、前記複数のノズルからインクを噴出するステップと
を含む方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記複数のノズルを前記表面に対して垂直に維持するステップをさらに含む、方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であって、所与のノズルからのインクの噴出を、前記コントローラのメモリに基づき制御するステップを含む、方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の方法であって、複数のノズルを、各ノズルがインクを噴出するか、インクを噴出しないかのいずれかであるように制御する、方法。