(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面（１０２）に画像（４００）を印刷するためのシステム（２００）であって、
少なくとも１つのアーム（２１０）を有するロボット（２０２）と、
前記アーム（２１０）に取り付けられており、表面（１０２）に画像スライス（４０４）を印刷しつつ、前記アーム（２１０）によって前記表面（１０２）上で走査経路（３５０）に沿って移動可能であるプリントヘッド（３００）と、
前記プリントヘッド（３００）を前記アーム（２１０）の端部に連結する少なくとも１つの広域幅アクチュエータ（２５０）と、を含み、
前記広域幅アクチュエータ（２５０）は、前記走査経路（３５０）に沿う前記プリントヘッド（３００）の移動中、前記表面（１０２）に対する前記プリントヘッド（３００）の配向及び／又は位置を調節するように構成されており、
前記プリントヘッド（３００）は、画像スライス（４０４）の対向する側縁（４１６）のうちの少なくとも一方に沿う画像勾配帯状部（４１８）を有する画像スライス（４０４）を印刷するように構成されており、前記画像勾配帯状部（４１８）内の画像濃度は、前記画像スライス（４０４）の内側部分（４１４）から前記側縁（４１６）に向かって低下するように構成されており、
前記広域幅アクチュエータ（２５０）は、同一面内三脚配置に配列されるとともにそれぞれが一端（２６８）及び他端（２７０）を有する第１アクチュエータ（２５０ａ）、第２アクチュエータ（２５０ｂ）及び第３アクチュエータ（２５０ｃ）を含み、前記一端（２６８）は、前記ロボット（２０２）の前記アーム（２１０）の端部（２１４）に枢動可能に連結される一方、前記他端（２７０）は、前記プリントヘッド（３００）に枢動可能に連結されており、
前記第１及び第３アクチュエータ（２５０ａ、２５０ｃ）の前記一端（２６８）同士は、互いに離間しており、
前記第１及び第３アクチュエータ（２５０ａ、２５０ｃ）の前記他端（２７０）同士は、互いに離間しており、
前記第２アクチュエータ（２５０ｂ）の前記一端（２６８）は、前記第１アクチュエータ（２５０ａ）の前記一端（２６８）に隣接して配置されており、
前記第２アクチュエータ（２５０ｂ）の前記他端（２７０）は、前記第３アクチュエータ（２５０ｃ）の前記他端（２７０）に隣接して配置されていることによって、前記第２アクチュエータ（２５０ｂ）は、前記第１アクチュエータ（２５０ａ）の前記一端（２６８）と、前記第３アクチュエータ（２５０ｃ）の前記他端（２７０）との間に斜めに延びている、システム。
【請求項２】
前記アーム（２１０）は、新たな画像スライス（４０６）の画像勾配帯状部（４１８）が既存の画像スライス（４０８）の画像勾配帯状部（４１８）に重なるよう、プリントヘッド（３００）を前記既存の画像スライス（４０８）に平行に移動させるように構成されている、請求項１に記載のシステム（２００）。
【請求項３】
前記プリントヘッド（３００）は、画像勾配帯状部（４１８）の重なり部分の画像濃度が、前記新たな画像スライス（４０６）及び前記既存の画像スライス（４０８）のうちの少なくとも一方の前記内側部分（４１４）の画像濃度と同等となるように、前記新たな画像スライス（４０６）及び前記既存の画像スライス（４０８）の前記画像勾配帯状部（４１８）を印刷するように構成されている、請求項２に記載のシステム（２００）。
【請求項４】
前記プリントヘッド（３００）は、印刷幅（３０２）に沿って分散配置されたアレイ状のノズル（３０８）を含み、
前記プリントヘッド（３００）は、以下の態様、すなわち、
前記側縁（４１６）に向かう方向に沿って液滴間隔（３３２）が徐々に大きくなる態様、及び、
前記側縁（４１６）に向かう方向に沿って液滴サイズ（３３４）が徐々に小さくなる態様、のうちの少なくとも１つの態様で液滴（３３０）を吐出することによって、前記画像勾配帯状部（４１８）を形成するように構成されている、請求項１〜３のいずれかに記載のシステム（２００）。
【請求項５】
前記新たな画像スライス（４０６）を印刷する際に、前記表面（１０２）に参照線（３２２）を印刷するように構成された参照線印刷機構（３２０）、及び、
既存の画像スライス（４０８）の前記参照線（３２２）を感知し、前記ロボット（２０２）に信号を送信することによって、前記新たな画像スライス（４０６）の側縁（４１６）が、前記既存の画像スライス（４０８）の前記側縁（４１６）にアラインメントするように、前記アーム（２１０）に前記プリントヘッド（３００）を調節させるよう構成された参照線センサ（３２６）をさらに含む、請求項１〜４のいずれかに記載のシステム（２００）。
【請求項６】
前記参照線印刷機構（３２０）は、前記プリントヘッド（３００）の少なくとも１つのノズルによって構成されている、請求項５に記載のシステム（２００）。
【請求項７】
前記ロボット（２０２）は、前記新たな画像スライス（４０６）の側縁（４１６）が前記既存の画像スライス（４０８）の前記側縁（４１６）にアラインメントするよう、前記プリントヘッド（３００）の横方向位置を調節するように構成されている、請求項５又は６に記載のシステム（２００）。
【請求項８】
前記ロボット（２０２）は、前記新たな画像スライス（４０６）の側縁（４１６）が前記既存の画像スライス（４０８）の前記側縁（４１６）にアラインメントするよう、能動的に液滴（３３０）を吐出するノズル（３０８）のグループを電子的にずらすように構成されている、請求項５〜７のいずれかに記載のシステム（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、コーティング塗布システムに関し、より具体的には、ロボット機構を用いて表面に画像を印刷するための自動のシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機は、広範囲に及ぶ寸法、独特の幾何学形状、及び大きな表面積を有していることから、航空機の塗装は、比較的困難で時間のかかるプロセスとなっている。例えば、胴体から突出している翼が、塗装プロセスの邪魔になることがある。また、水平尾翼上に設けられた垂直尾翼は、高さがあるため、当該垂直尾翼の外面にアクセスするのが難しいことがある。航空機の外装に関連して塗装方式が複雑になっているため、航空機の塗装に要する時間がさらに増している。この点に関し、航空会社の標準的な外装は、複雑な幾何学形状及び色の組み合わせを有する画像又はデザインを含むとともに、航空会社の名前やロゴを含む場合があり、これらを、胴体、垂直尾翼、エンジンナセルなどの航空機の様々な部分に施す場合がある。
【０００３】
従来の航空機の塗装方法は、マスキング、塗料の塗布、及び、デマスキングという複数の工程を必要とする。複数の色を有する航空機の外装を施すには、外装のうちのそれぞれの色について、マスキング、塗料の塗布、及び、デマスキングの工程を行う必要があり、これによって、航空機の塗装にかかるトータルの時間が増える。また、間隙が残ると、通常白色である下塗りが露出し、航空機全体の外観が損なわれるため、航空機の外装は、間隙ができないように正確に塗布しなければならない。さらに、航空機の表面に塗料を塗布するプロセスは、性能要件（例えば重量要件）を満たす許容レベルのコーティング厚みが確実に確保されるよう、高レベルの制御で行わなければならない。
【０００４】
これらのことからわかるように、当技術分野では、複雑な画像や複数色の画像を、正確に、コスト効率良く、且つ適切なタイミングで施すことを含め、航空機に塗装を行うシステム及び方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
航空機の塗装に関する上述の問題点は、少なくとも１つのアームを有するロボットを用いて表面に画像を印刷するシステムを提供する本開示によって、具体的に対処及び緩和される。プリントヘッドは、アームに取り付けることができ、表面に画像スライスを印刷しつつ、アームによって表面上で走査経路に沿って移動可能である。プリントヘッドは、対向する側縁のうちの少なくとも一方に沿う画像勾配帯状部を有する画像スライスを印刷するように構成することができ、画像勾配帯状部内の画像濃度は、画像スライスの内側部分から側縁に向かって低下する。
【０００６】
少なくとも１つのアームと、アームに取り付けられたプリントヘッドとを有するロボットを含む、画像を印刷するためのシステムも開示される。プリントヘッドは、表面に新たな画像スライスを印刷しつつ、アームによって表面上で走査経路に沿って移動可能である。当該システムは、新たな画像スライスを印刷する際に、表面に参照線を印刷するように構成された参照線印刷機構を含みうる。当該システムは、既存の画像スライスの参照線を感知し、ロボットに信号を送信することによって、新たな画像スライスの側縁が、既存の画像スライスの側縁にアラインメントするように、アームにプリントヘッドを調節させるよう構成された参照線センサを含みうる。
【０００７】
さらに、表面に画像を印刷する方法が開示される。当該方法は、表面に隣接させてアームを配置することを含みうる。アームは、当該アームに取り付けられたプリントヘッドを有しうる。当該方法は、さらに、表面に画像スライスを印刷しつつ、アームを用いてプリントヘッドを表面上で走査経路に沿って移動させることをさらに含みうる。さらに、当該方法は、画像スライスを印刷する際に、画像スライスの少なくとも１つの側縁に沿って画像勾配帯状部を印刷することを含みうる。画像勾配帯状部は、側縁に向かう方向に沿って低下する画像濃度を有しうる。
【０００８】
表面に画像を印刷するさらなる方法は、ロボットのアームに取り付けられたプリントヘッドを用いて、プリントヘッドを表面上で走査経路に沿って移動させながら、表面に新たな画像スライスを印刷することを含みうる。当該方法は、新たな画像スライスを印刷する際に、表面に参照線を印刷することをさらに含みうる。当該方法は、新たな画像スライスを印刷しつつ、既存の画像スライスの参照線を参照線センサを用いて感知することをさらに含みうる。さらに、当該方法は、新たな画像スライスの側縁が既存の画像スライスの側縁にアラインメントするように、参照線の感知位置に基づいて、新たな画像スライスの横方向位置を調節することを含みうる。
【０００９】
上述した特徴、機能、及び、利点は、本開示の様々な実施形態によって個別に達成することができ、あるいは、さらに他の実施形態と組み合わせてもよく、そのさらなる詳細は、以下の記載及び図面を参照することによって明らかになるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示のこれら及び他の特徴は、図面を参照することによってより明らかになるであろう。これらの図面を通して、同様の部品については同様の数字を付している。
【００１１】
【図１】画像形成システムの一例のブロック図である。
【図２】航空機に１つ又は複数の画像を印刷するための１つ又は複数の画像形成システムを支持している複数のガントリーによって囲まれた航空機の斜視図である。
【図３】航空機の斜視図であり、垂直尾翼に隣接して配置され、垂直尾翼に画像を印刷するための画像形成システムを支持している、ガントリーの１つを示す図である。
【図４】航空機の両側に配置された画像形成システムを示す、航空機の端面図である。
【図５】図４の線５の方向に見たロボットの斜視図であり、ガントリーの横げたに取り付けられるとともに、ロボットのアームにプリントヘッドが取り付けられているロボットを示す図である。
【図６】図４の線６に沿う画像形成システムの側面図であり、垂直尾翼に画像を印刷しているプリントヘッドを示す図である。
【図７】隣接する画像スライスの画像勾配帯状部に重なる画像勾配帯状部を有する画像スライスを形成するために、走査経路に沿って移動しているプリントヘッドの一例の平面図である。
【図８】図７の線８に沿うプリントヘッドの断面図であり、プリントヘッドによって印刷された画像スライスの重なり合う画像勾配帯状部を示す図である。
【図９】図８の線９で示したプリントヘッドの一部の拡大図であり、画像勾配帯状部を形成するために、稼働状態のノズルによって吐出される液滴の間隔を徐々に大きくした状態を示す図である。
【図１０】プリントヘッドの一部の拡大図であり、画像勾配帯状部を形成するために、ノズルによって吐出される液滴のサイズを徐々に小さくした状態を示す図である。
【図１１】重なり合う画像勾配帯状部を有する隣接する画像スライスの概略断面図である。
【図１２】図１１に示した隣接する画像スライスの平面図であり、重なり合う画像勾配帯状部を示す図である。
【図１３】新たな画像スライス４０６を印刷しつつ参照線を印刷するプリントヘッドの一例を示す図である。
【図１４】図１３の線１４に沿う断面図であり、参照線印刷機構及び既存の画像スライスの参照線を感知するための１つ又は複数の参照線センサを含むプリントヘッドを示す図である。
【図１５】図１４の線１５で示した部分の拡大図であり、プリントヘッドのノズルのうちの１つが参照線を印刷する一方、プリントヘッドの残りのノズルが画像スライスを印刷する状態を示す図である。
【図１６】既存の画像スライスの参照線を感知するための参照線センサを有するプリントヘッドの一例の拡大図である。
【図１７】プリントヘッドをロボットのアームに連結する１つ又は複数の広域幅アクチュエータを有するロボットの一例の側面図である。
【図１８】プリントヘッドをロボットのアームに連結する複数の広域幅アクチュエータの一例の側面図である。
【図１９】広域幅アクチュエータによって、参照線とアラインメントするように再配置されるとともに、プリントヘッド面が表面に対して平行となるように再配向された後のプリントヘッドの側面図である。
【図２０】プリントヘッドをロボットのアームに連結する複数の広域幅アクチュエータを有するデルタロボットの一例の斜視図である。
【図２１】平行な画像スライスのそれぞれが、画像スライスの側縁に沿う１つ又は複数の画像勾配帯状部を有するように、表面に画像を印刷する方法、に含まれうる１つ又は複数の操作のフローチャートである。
【図２２】既存の画像スライスに新たな画像スライスをアラインメントするための参照線を画像スライスが有するように、表面に画像を印刷する方法、に含まれうる１つ又は複数の操作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に図面を参照するが、これらにおける図示は、本開示の様々な実施形態を例示することを目的としたものである。図１は、画像形成システム２００の一例のブロック図であり、当該システムは、ロボットによって（例えば自動的又は半自動的に）表面１０２に画像４００（図２）を印刷するために実施されうるものである。システム２００は、ロボット２０２（ロボット機構）及び／又は少なくとも１つのアーム（例えば第１及び第２アーム２１０、２１２）を含む。アーム（例えば第２アーム２１２）には、プリントヘッド３００が取り付けられている。いくつかの実施例において、システム２００は、プリントヘッド３００をアームの端部２１４（図５）に連結する１つ又は複数の広域幅アクチュエータ２５０を含む。以下に説明するように、このような広域幅アクチュエータ２５０は、画像スライス４０４の印刷中に、プリントヘッド３００の位置及び配向を、正確且つ迅速に制御する。
【００１３】
プリントヘッド３００は、画像４００を形成すべく、インク、塗料、又は他の流体あるいは着色剤の液滴３３０（図１０）を表面１０２に吐出するための複数のノズル３０８又はオリフィスを有するインクジェットプリントヘッドとして構成することができる。インクジェットプリントヘッド３００は、サーマルインクジェットプリンタ、圧電式プリンタ、又は連続プリンタとして構成することができる。ただし、プリントヘッド３００は、ドットマトリックスプリンタなどの他の構成や、表面１０２に画像４００を印刷可能なその他のプリンタ構成で用意してもよい。
【００１４】
画像形成システム２００は、順次の平行な走査経路３５０（図７）に沿って、表面１０２に画像スライス４０４を印刷する。平行な画像スライス４０４同士が合わさって、画像４００が形成される。一実施例において、プリントヘッド３００は、隣接する画像スライス４０４に重なるように画像スライス４０４を印刷する。この点に関し、プリントヘッド３００は、画像スライス４０４の少なくとも一つの側縁４１６（図６）に沿う画像勾配帯状部４１８を有する画像スライス４０４を印刷するように構成されている。１つの画像スライス４０４の画像勾配帯状部４１８は、隣接する画像スライス４０４の画像勾配帯状部４１８に重なる。画像勾配帯状部４１８内の画像濃度は、走査経路３５０を横断する方向に沿って、低下する。隣接する画像スライス４０４の画像勾配帯状部４１８同士を重ね合わせることによって、画像４００内に間隙ができるのを防止することができる。本開示において、重なり合う画像勾配帯状部４１８内の画像濃度によって、画像４００の幅にわたって実質的に均一な画像濃度がもたらされ、重なりが視覚的には認識できなくなる。一実施例において、重なり合う画像勾配帯状部４１８内の画像濃度は、各画像スライス４０４の内側部分４１４の画像濃度と実質的に同等である。
【００１５】
画像形成システム２００の別の実施例において、プリントヘッド３００は、画像スライス４０４の印刷中に参照線３２２（図１３）を印刷する参照線印刷機構３２０を含む。例えば、参照線３２２は、画像スライス４０４の側縁４１６に沿って印刷される。プリントヘッド３００は、参照線センサ３２６を含み、当該センサは、既存の画像スライス４０８の参照線３２２を検知及び／又は感知し、経路追従エラー信号をロボット２０２に送信することによって、新たな画像スライス４０６の印刷中に、新たな画像スライス４０６の側縁４１６が既存の画像スライス４０８の側縁４１６にアラインメント状態に維持されるよう、ロボットアーム（図５）又は広域幅アクチュエータ２５０（図１７〜図２０）にプリントヘッド３００を（例えばリアルタイムで）修正又は調節させるように、構成されている。このように、参照線３２２があることによって、プリントヘッド３００は、新たな画像スライス４０６と既存の画像スライス４０８（図１３）の側縁４１６同士が、互いに間隙の無い状態及び／又は重ならない状態でアラインメントされるよう、先に印刷された画像スライス４０４の走査経路３５０を正確にたどることができ、これによって、画像４００の品質を低下させることになる隣接する画像スライス４０４間の間隙を回避することができる。
【００１６】
図２は、航空機１００、及び、本明細書に開示の１つ又は複数の画像形成システム２００を支持するために使用されうるガントリーシステムの斜視図である。航空機１００は、胴体１０４を有し、胴体１０４は、その前方端にノーズ１０６を、後方端に尾翼１０８を備えている。胴体１０４の上部をクラウン（crown）、胴体１０４の底部をキール（keel）と呼ぶ場合がある。航空機１００は、胴体１０４から外方に延びる一対の主翼１１４を含む。１つ又は複数の駆動ユニットが、航空機１００、例えば主翼１１４に搭載されている。尾翼１０８は、水平尾翼１１０及び垂直尾翼１１２を含む。
【００１７】
図２において、ガントリーシステムは、格納庫（hangar）１２０内に格納されており、航空機１００の１つの側又は複数の側に配置された複数のガントリー１２４を含む。ガントリー１２４のそれぞれは、一対の垂直タワー１２６を含み、これらは、フロア１２２に連結又は一体に設けられたフロアトラックシステム１３０に沿って、原動機付ベース１２８を介して移動可能である。各ガントリー１２４は、タワー１２６間に延びる横げた１３２を含む。各ガントリー１２４の横げた１３２は、人員用プラットフォーム１３４を含む。さらに、横げた１３２は、横げた１３２に沿って移動可能な少なくとも１つのロボット２０２を支持する。好適なことに、ガントリーシステムによって、クラウン、キール、及び、胴体１０４、垂直尾翼１１２、駆動ユニットの側面を含む航空機１００の他の外面、ならびにその他の面１０２に、プリントヘッド３００がアクセスすることができるように、ロボット２０２を配置することができる。
【００１８】
本開示のシステム２００及び方法を、航空機１００に画像を印刷することに関連付けて説明するが、システム２００及び方法は、特に限定されることなく、あらゆるタイプの表面に画像を印刷するために実施することができる。この点に関し、表面１０２は、トラクタートレーラーを含む自動車両、建物、バナー、又は、印刷対象の面を有する他の任意のタイプの可動又は非可動の構造体、物体、物品、又は材料の面であってもよい。表面は、平らな面でも、単純な曲面でも、複雑な曲面でもよい。
【００１９】
図３は、垂直尾翼１１２に隣接して配置されたガントリー１２４を示す。横げたに取り付けられたロボット２０２は、垂直尾翼１１２に画像４００を印刷するための画像形成システム２００を支持する。図３においては、画像４００は、インクジェットプリントヘッド３００からのインクを用いるなどして垂直尾翼１１２に印刷される旗として示されている。ただし、プリントヘッド３００は、他の流体−限定するものではないが、塗料、顔料、及び／又は他の着色剤、及び／又は流体を含む−を用いて画像を施すように構成してもよい。また、本明細書に開示の画像形成システム２００は、グラフィック画像を形成することに限定されない。
【００２０】
本開示において、「画像」という言葉は、表面１０２（図２）に塗布されうるあらゆるタイプのコーティングを含む。画像は、幾何学デザイン、及び、１つを含む任意の数の色を有していてもよく、いかなるタイプのコーティング組成で施してもよい。一実施例において、画像４００は、グラフィックデザイン、ロゴ、文字、記号、及び/又は、任意の他のタイプの印を含みうる。この点に関し、画像４００は、上述したように、航空機１００の外面１０２に塗布される、幾何学デザイン又はパターンを含む航空機外装４０２を含みうる。画像４００は、写真の複製を含みうる。さらには、画像４００は、塗料、インク、又は他の着色剤もしくは流体の単色コーティングであってもよく、グラフィックデザイン、ロゴ、文字または他の印に限定されるものではない。
【００２１】
図４は、航空機１００の両側に配置された画像形成システム２００を示す、航空機１００の端面図である。各画像形成システム２００は、１つ又は複数のアームを有するロボット２０２、及び、ロボット２０２のアームの末端２１４（図４）に連結されたプリントヘッド３００を含む。画像形成システム２００のうちの一方は、垂直尾翼１１２に画像４００（例えば旗）を印刷している状態が示されている。他方の画像形成システム２００は、胴体１０４の側面に、航空機外装４０２（例えば図２参照）の幾何学デザインとしての画像４００を印刷している状態が示されている。
【００２２】
画像形成システム２００のロボット２０２は、ガントリー１２４に取り付けられ、一対のタワー１２６（図１〜図５）の間に懸架された横げた１３２に支持されたものとして説明するが、ロボット２０２は、限定されることなく、いかなる態様で支持してもよい。例えば、ロボット２０２は、オーバーヘッドガントリー（図示せず）から懸吊してもよい。これに代えて、ロボット２０２は、別のタイプの可動プラットフォームに取り付けてもよい。さらには、ロボット２０２は、作業現場（図示せず）又は他の常設機構に、非可動式すなわち固定式に支持させてもよい。
【００２３】
図５は、ガントリー１２４の横げた１３２に取り付けられるとともに、ロボット２０２のアームにプリントヘッド３００が取り付けられたロボット２０２の斜視図である。ロボット２０２は、横げた１３２の長手方向に沿って延びるガイドレール２０６に沿って移動可能である。図示の実施例において、ロボット２０２は、ロボットベース２０４、第１アーム２１０、及び、第２アーム２１２を含み、プリントヘッド３００は、第２アーム２１２の端部２１４に取り付けられている。ロボットベース２０４は、横げた１３２に対してロボットベース２０４が第１の軸線２１６周りに回転できるようになっている。図示の都合上、参照番号２１６は回転方向を示す矢印を指しているが、ここでいう軸線は実際には回転が行われる仮想の中心線を意味しており、他の軸線についても同様である。第１アーム２１０は、第１アーム２１０をロボットベース２０４に連結しているジョイント部によって規定される第２の軸線２１８周りに回転可能である。第２アーム２１２は、第２アーム２１２を第１アーム２１０に連結しているジョイント部によって規定される第３の軸線２２０周りに回転可能である。さらに、第２アーム２１２は、第２アーム２１２の長さに沿って延びる第４の軸線２２２周りに旋回可能である。第２アーム２１２の長さは、伸縮自在であることにより、第５の運動軸２２４を規定している。
【００２４】
図４及び図５において、プリントヘッド３００は、プリントヘッド３００を第２アーム２１２に連結しているジョイント部によって規定される第６の軸線２２６周りに回転可能であることが示されている。ロボットベース２０４は、横げた１３２の長さ方向にロボットベース２０４を駆動するとともに、ロボット２０２の第７の運動軸線２２８を規定するロボット駆動システム（図示せず）を含む。ロボット２０２は、ベース２０４、アーム、及び／又はプリントヘッド３００を制御するための制御部２０８を含む。ロボット２０２は、第１アーム２１０及び第２アーム２１２を有するものとして示されているが、任意の数の軸線に沿う運動又は軸線周りの運動のための任意の数のアーム及びジョイント部を含むことができ、これによって、表面１０２の様々な箇所のうちの任意の箇所に、任意の配向で、プリントヘッド３００を到達させることができる。いくつかの実施例において、ロボット２０２は、ベース２０４を有しない構成であってもよいし、プリントヘッド３００が連結された単一のアームによってロボットが構成されていてもよい。
【００２５】
図６は、垂直尾翼１１２に画像４００を印刷している画像形成システム２００の側面図である。第１アーム２１０及び第２アーム２１２は、ロボット２０２のベース２０４に対して移動可能であることによって、プリントヘッド３００を配置することができる。プリントヘッド３００は、アームによって、表面１０２上で、走査経路３５０のうちの１つ又は複数に沿って移動することができ、これによって、表面１０２に画像スライス４０４を印刷することができる。プリントヘッド３００は、平行な走査経路３５０に沿って移動させられて平行な画像スライス４０４を形成し、これらが合わさって画像４００が形成される。ロボット２０２は、プリントヘッドが表面１０２上で移動させられる際に、プリントヘッド面３０４の配向を表面１０２の局所的位置に対して平行に維持するように構成することができる。
【００２６】
図７は、画像スライス４０４を形成すべく走査経路３５０に沿って移動しているプリントヘッド３００の一例を示している。走査経路３５０のそれぞれは、表面１０２に対する法線方向に沿って上から見た場合に直線状であるものとして示されている。ただし、プリントヘッド３００を、湾曲した走査経路、又は湾曲状と直線状の組み合わせの走査経路３５０に沿って移動させてもよい。プリントヘッド３００は、複数の平行な画像スライス４０４を連続して並べて印刷することにより、全体として画像４００を表面１０２に形成することができる。
【００２７】
図８は、表面１０２に画像スライス４０４を印刷しているプリントヘッド３００の断面図である。プリントヘッドの幅３０２は、走査経路３５０に対する横断方向３５４（図１３）に平行に配向されている。プリントヘッド３００は、プリントヘッド３００の対向する幅方向端部３０６の間に分散配置された複数のノズル３０８又はオリフィスを含む。例えば、インクジェットプリントヘッドは、数千個のオリフィスを含む。プリントヘッド３００は、インク、塗料、又は他の流体の液滴３３０（図１０）をオリフィスから吐出することによって、コーティング厚み３３６を有するコーティングを表面１０２に形成する。
【００２８】
各画像スライス４０４（図８）は、画像スライス４０４の帯幅４１０を規定する、対向する側縁４１６を有する。プリントヘッド３００は、側縁４１６の少なくとも１つに沿って画像勾配帯状部４１８を有する画像スライス４０４を印刷するように構成されている。図示の実施例において、画像スライス４０４は、両側が画像勾配帯状部４１８と接している内側部分４１４を含む。画像勾配帯状部４１８は、走査経路３５０の延びる方向に対する横断方向３５４に沿って、画像勾配帯状部４１８の内側境界４２０から側縁４１６に向かって、画像スライス４０４の色の濃度が変化する（例えば低下する）帯域である。例えば、画像スライス４０４の内側部分４１４の色は黒であるかもしれない。この場合、画像勾配帯状部内においては、内側境界４２０における黒色（すなわち比較的高い濃度）から、画像スライス４０４の側縁４１６における白色（すなわち比較的低い濃度）まで、色が次第に変化する。画像スライス４０４の画像勾配帯状部４１８は、画像スライス４０４の内側部分４１４より幅が狭くてもよい。例えば、画像勾配帯状部４１８は、画像スライス４０４の帯幅４１０の３０％未満であってもよい。
【００２９】
プリントヘッド３００は、画像スライス４０４の画像勾配帯状部４１８同士が重なり合うように、走査経路３５０に沿って移動させられる。画像勾配帯状部４１８が重なり合うことによって、隣接する画像スライス４０４間の計画上の間隔からのずれによって生じる間隙及び重なりが補償され、そのような計画上の画像スライス間隔からのずれが、視覚的に認識される可能性を減らすことができ、有利である。この点に関し、隣接する画像スライス４０４の側縁４１６における画像勾配帯状部４１８同士が重ね合わされると、ロボット２０２による走査経路３５０に沿うトラッキングが不完全な場合でも、画像のエッジが見えない状態になる。このように、画像勾配帯状部４１８を設けることによって、複雑且つ複数色の画像を、複数のシングルパスの画像スライス４０４によって、大きな画面１０２に、図１〜図５に示したロボット２０２のような大型の走査装置を用いて印刷することができる。
【００３０】
図９は、画像勾配帯状部４１８を形成するプリントヘッド３００の一例の拡大図である。上記で示唆したように、画像勾配帯状部４１８における濃度の低下は、横断方向３５４（図１３）に沿って、画像勾配帯状部４１８の内側境界４２０から画像スライス４０４の側縁４１６に向かってコーティング厚み３３６を減らす又はテーパー状にすることによって実現できる。液滴間隔３３２は、画像スライス４０４の内側部分４１４内では、均一とすることができる。図９においては、ノズル３０８から吐出される液滴３３０間の液滴間隔３３２を徐々に大きくすることによって、画像勾配帯状部４１８内のコーティング厚み３３６がテーパー状とされている。この点に関し、画像勾配帯状部４１８が印刷されるエリア内のプリントヘッド３００のノズル３０８（例えばオリフィス）のうちのいくつかを、電子的に非稼働状態にして非稼働ノズル３１２とし、画像勾配帯状部４１８内の稼働ノズル３１０のみが液滴３３０を吐出することによって、画像勾配帯状部４１８を形成してもよい。他の実施例において、プリントヘッド３００は、画像勾配帯状部４１８が印刷されるエリアについては、ノズル３０８間の間隙が徐々に大きくされていてもよい。
【００３１】
図１０は、プリントヘッド３００の別の例を示す拡大図であり、この例では、稼働ノズル３１０としてのノズル３０８が、液滴間隔が均一となる状態を維持する一方で、画像勾配帯状部４１８が形成されるエリア内では液滴サイズ３３４を徐々に小さくすることによって、画像勾配帯状部４１８が形成される。さらなる実施例において、液滴間隔３３２を制御することと、液滴サイズ３３４を制御することとの組み合わせによって、画像勾配帯状部４１８を形成してもよい。ただし、他の手法を用いて画像勾配帯状部４１８を形成することもでき、図示及び上述した実施例に限定されない。プリントヘッド３００は、直線的に減少する画像勾配を有する画像勾配帯状部４１８を形成するように構成することができる。これに代えて、画像勾配帯状部４１８内の画像勾配は、非直線的であってもよい。
【００３２】
図１１は、重なり合う画像勾配帯状部４１８を有する隣接する画像スライス４０４の概略断面図である。各画像スライス４０４の画像勾配帯状部４１８及び内側部分４１４におけるコーティング厚み３３６（図１０）が示されている。図１２は、図１１の画像スライス４０４の平面図であり、画像スライス４０４の重なり合う画像勾配帯状部４１８及び平行な走査経路３５０を示している。図示のようなシステム２００において、アーム（図７）は、既存の画像スライス４０８（例えば先に印刷された画像スライス４０４）に対して平行に新たな画像スライス４０６を印刷するようプリントヘッド３００を移動させるが、その際、新たな画像スライス４０６（図８）の画像勾配帯状部４１８が既存の画像スライス４０８の画像勾配帯状部４１８に重なるようにする。この点に関し、各画像スライス４０４の側縁４１６を、重なり合う画像勾配帯状部４１８の内側境界４２０にアラインメントさせてもよい。ただし、図示しない例において、プリントヘッド３００は、新たな画像スライス４０６の画像勾配帯状部４１８の側縁４１６と既存の画像スライス４０８の内側境界４２０との間に間隙が形成されるように、画像スライス４０４を形成してもよい。上記で示唆したように、プリントヘッド３００は、重なり部分の画像濃度が、新たな画像スライス４０６及び／又は既存の画像スライス４０８の内側部分４１４の画像濃度と同等になるように、新たな画像スライス４０６及び既存の画像スライス４０８の画像勾配帯状部４１８を印刷する。
【００３３】
図示しないさらに別の例において、プリントヘッド３００（図１０）は、画像スライス４０４の対向する端部のうちの少なくとも一方に、画像勾配端部を形成してもよい。画像勾配端部は、画像スライス４０４の端縁（図示せず）に向かって画像濃度が低下する部分である。このような画像勾配端部によれば、新たに施された画像４００の周囲の表面１０２エリアの既存の色及びデザインに、画像スライス４０４を調和させる（例えば境界をぼやかす）ことができる。例えば、複合材外板パネル（図示せず）や下層の構造体の一部の除去や交換などの再加工が行われた表面部分に、当該システムによって新たな画像４００を施す場合がある。新たに施された画像スライス４０４の画像勾配端部によって、周囲の表面１０２と調和することができる。また、画像勾配端部があることによって、新たな画像スライス４０６は、当該新たな画像スライス４０６の走査経路３５０の端部に位置する別の画像４００の画像勾配端部と調和することができる。
【００３４】
図１３を参照すると、プリントヘッド３００の一例が示されており、当該プリントヘッドは、ロボットアームの端部２１４に取り付けられており、既存の画像スライス４０８に隣接して新たな画像スライス４０６を印刷しつつ、アームによって表面１０２上を走査経路３５０に沿って移動可能なものである。プリントヘッド３００は、新たな画像スライス４０６を印刷する際に参照線３２２を印刷するように構成された参照線印刷機構３２０を含む。参照線３２２によって、プリントヘッド３００は、既存の画像スライス４０８の走査経路３５０を正確にたどることができる。参照線３２２を感知して経路エラーフィードバックを制御部２０８（図１４）に送る、画像検出システムなどの参照線センサ３２６を、プリントヘッド３００が含むことによって、ロボット２０２は、プリントヘッド３００に対する経路補整入力信号を生成することができ、これによって、新たな画像スライス４０６の側縁４１６を、既存の画像スライス４０８の側縁４１６にアラインメントした状態に維持することができる。
【００３５】
図１４は、既存の画像スライス４０８に隣接して画像スライス４０４を印刷しているプリントヘッド３００の一例を示している。既存の画像スライス４０８は、側縁４１６のうちの一方に沿う参照線３２２を含んでいる。プリントヘッド３００は、プリントヘッド３００の幅方向端部３０６のそれぞれに取り付けられた１つ又は複数の参照線センサ３２６を有する。参照線センサ３２６のうちの１つは、既存の画像スライス４０８の参照線３２２を検知するように構成されている。さらに、プリントヘッド３００は、表面１０２に対するプリントヘッド３００の位置及び／又は配向を監視するための１つ又は複数の位置センサ３１４を含む。いくつかの実施例において、参照線センサ３２６は、参照線３２２を感知することに加えて、プリントヘッド３００の位置及び／配向も感知する位置センサ３１４として構成してもよい。
【００３６】
プリントヘッド３００の幅方向端部３０６の一方又は両方における位置センサ３１４は、表面１０２に対して局所的に法線方向に沿った、表面１０２からのプリントヘッド３００の正常状態の間隔３３８を測定する。位置センサ３１４から制御部２０８に与えられるフィードバックによって、制御部２０８は、プリントヘッド３００の面が表面１０２から所望の正常間隔３３８の位置に維持されるようアーム位置を調節することができ、これによって液滴を表面１０２に正確に落とすことができる。さらなる実施例において、制御部２０８が、位置センサ３１４からの連続的又は半連続的なフィードバックを利用して、必要に応じてプリントヘッド３００を回動方向３５８に回転させることにより、輪郭が変化したり湾曲したりしている表面１０２上をプリントヘッド３００が移動する際に、プリントヘッド３００の面を表面１０２に対して平行に維持することができる。
【００３７】
図１５は、プリントヘッド３００の一例を示しており、この例において、参照線印刷機構３２０は、新たな画像スライス４０６の対向する側縁４１６のうちの少なくとも一方に参照線３２２を印刷するように構成された１つ又は複数の専用のノズル３０８を備える。プリントヘッド３００の残りのノズル３０８は、画像スライス４０４を印刷するように構成されている。図示しない他の例において、参照線印刷機構３２０は、専用の線印刷装置を備えていてもよく、当該装置を、プリントヘッド３００に搭載するとともに、プリントヘッド３００のノズル３０８が画像スライス４０４を印刷する際に参照線３２２を印刷するように構成してもよい。
【００３８】
プリントヘッド３００は、可視スペクトル及び／又は赤外線スペクトルのような特定のスペクトル内で可視となるように、基準線３２２を印刷してもよい。いくつかの実施例において、参照線３２２は、表面１０２から所定距離以上（例えば１０フィート以上）離れると、人間の目では検知できない太さにしてもよい。他の実施例において、画像の品質の低下を避けるため、所定距離を超えると視覚的に認識できなくなる一連の互いに離間したドット（例えば０．０１インチ毎）として、参照線３２２を印刷してもよい。さらに他の実施例において、参照線３２２の色を、画像４００の局所的な色に対して識別できないものにしてもよいし、あるいは、参照線３２２を、通常の周囲照明条件（例えば、作業現場の照明又は太陽光）では目に見えないが、例えば参照線センサ３２６が発する蛍光下では蛍光を放つものとしてもよい。さらには、参照線３２２は、可視スペクトル内では目に見えないものであってもよいし、あるいは、参照線３２２は、周囲照明下で当初は可視であるが、紫外線に暴露されるといった周囲環境下で時間の経過とともに薄れるものであってもよい。
【００３９】
さらなる実施例において、参照線３２２は、参照線３２２の少なくとも一部に沿う少なくとも１つの符号化パターン３２４（例えば図１３参照）を有するように印刷してもよい。符号化パターン３２４は、間隙によって区切られた線分又はダッシュのシステムを含むものであってもよい。符号化パターン３２４は、画像スライス４０４についての情報を表すものであってもよい。例えば、符号化パターン３２４は、プリントヘッド３００の現在の位置（例えば、符号化パターン３２４がその時点で検出されている位置）から画像スライス４０４の端部４１２までの距離に関する情報を表すものであってもよい。このような情報を制御部２０８に送信する信号に含めることによって、制御部２０８がプリントヘッド３００の動作を制御することができる。例えば、符号化パターン３２４は、制御部２０８に対して、印刷中の新たな画像スライス４０６を既存の画像スライス４０８に合わせる又はアラインメントするように合図するもの、あるいは、既存の画像スライス４０８の端部に合わせて、液滴３３０の吐出を停止するよう制御部に合図を送るものであってもよい。
【００４０】
図１６は、画像スライス４０４の参照線３２２を感知するための参照線センサ３２６を有するプリントヘッド３００の一例を示す拡大図である。参照線センサ３２６は、参照線３２２とインデックス部との間の横方向間隔３４０を表す経路追従エラー信号を、制御部２０８（図１４）に送信する。インデックス部は、参照線センサ３２６の中心線であってもよいし、プリントヘッド３００の先端のノズル３０８などの、プリントヘッド３００のハードポイントであってもよいし、他の何らかのインデックス部であってもよい。プリントヘッド３００が走査経路３５０に沿って移動する際に、参照線センサ３２６は、横方向間隔を感知し、当該横方向間隔３４０を表す経路追従エラー信号を制御部２０８に（例えば連続的にリアルタイムで）送信する。この信号に基づいて、制御部２０８は、プリントヘッド３００の横方向位置を（例えばアームに）調節させ、新たな画像スライス４０６の側縁４１６が既存の画像スライス４０８の側縁４１６にアラインメント状態に維持されるようにすることができる。
【００４１】
参照線センサ３２６は、視覚システムの光センサとして構成してもよい。図１６において、光センサは、参照線３２２を検知するための光ビーム３２８を出射する。光センサは、光ビーム３２８が参照線３２２に当たった箇所の横方向位置を表す信号を生成する。この信号が、要求に応じて、あるいはプログラムされた時間間隔で、あるいは連続的に、あるいはその他の態様で、ロボット２０２の制御部２０８に送信される。一実施例において、参照線センサ３２６は、ロボット２０２の制御部２０８にリアルタイムのアラインメントフィードバックを与え、これによって、ロボットは、新たな画像スライス４０６と既存の画像スライス４０８の側縁４１６同士がアラインメントされるようにプリントヘッド３００を操作又は調節することができる。例えば、ロボット２０２は、新たな画像スライス４０６を印刷している際に、新たな画像スライス４０６と既存の画像スライス４０８の側縁４１６同士が、間隙が無い状態及び／又は重ならない状態でアラインメントされるよう、プリントヘッド３００の横方向位置を調節することができる。
【００４２】
他の実施例において、ロボットの制御部２０８は、プリントヘッド３００の横方向位置を調節することに代えて、制御部２０８は、操作経路３５０に沿う移動の間プリントヘッド３００の横方向位置は維持したままで、プリントヘッド３００における、能動的に液滴３３０を吐出するノズル３０８を、電子的に制御又はシフトさせてもよい。この点に関し、プリントヘッド３００は、プリントヘッド３００の幅方向端部３０８の一方又は両方に設けられた追加の（例えば予備の）ノズル３０８を有していてもよい。新たな画像スライス４０６が既存の画像スライス４０８に対してアラインメントされていないと制御部２０８が判断すると、当該制御部２０８は、プリントヘッド３００の幅方向端部３０６のうちの一方における予備のノズル３０８のうちの１つ又は複数を稼働させる一方、反対側の幅方向端部３０６にある同数のノズル３０８を非稼働状態にすることによって、新たな画像スライス４０６の画像スライス幅を同じ幅に維持しつつ、プリントヘッド３００を横方向に移動させずに、新たな画像スライス４０６の横方向位置を効果的にシフトさせることができる。この点に関し、新たな画像スライス４０６の側縁４１６が、既存の画像スライス４０８の側縁４１６に対して、間隙が無い状態及び／又は重ならない状態に維持されるよう、画像スライス４０４を、リアルタイム又はリアルタイムに近い状態で電子的にずらすことができる。このように、参照線３２２があることによって、プリントヘッド３００は、既存の画像スライス又は先に施された画像スライス４０４の走査経路３５０に対する新たな画像スライス４０６の計画上の正確な距離を維持することができ、これによって、画像スライス４０４の間に間隙ができるのを回避することができ、有利である。
【００４３】
図１７は、ロボット２０２のアームにプリントヘッド３００を連結する広域幅アクチュエータ２５０を有するロボット２０２の一例を示す側面図であり、プリントヘッド３００が胴体１０４の表面１０２に画像（例えば航空機外装４０２）を印刷している状態を示している。上記で示唆したように、大きな表面１０２に印刷するためには比較的大きなロボット２０２が必要である。このように大型のロボット２０２は、比較的質量が大きく且つ比較的剛性が低いため、プリントヘッド３００が取り付けられるアーム（例えばロボットの最終の軸）の端部２１４における運動は、本来、誤差範囲が大きくなっている。このように、本来大きい誤差を補償するために、大型のロボット２０２は、大規模なコンピュータープログラミング（例えばＣＮＣ又はコンピュータ数値制御プログラミング）を必要とする場合があり、これによって製造にかかるコストや日数が増える場合がある。上述した画像勾配帯状部４１８（図７〜図１２）及び／又は参照線３２２（図１３〜図１６）を有する画像スライス４０４を印刷することによって、本開示のロボット取り付けプリントヘッド３００は、隣接する画像スライス４０４の間に画像全体の品質を低下させることになる間隙が形成されることなく、表面１０２に高品質な画像４００を印刷することができ、有利である。
【００４４】
図１７において、１つ又は複数の広域幅アクチュエータ２５０が、ロボット２０２の１つ又は複数のアームに直列に取り付けられている。このような広域幅アクチュエータ２５０は、ロボット２０２の最終軸又はアームにプリントヘッド３００を連結しており、走査経路３５０に沿うプリントヘッド３００の移動中に行われる、表面１０２に対するプリントヘッド３００の配向及び／又は位置の調節における誤差範囲を比較的小さくし、これによって、新たな画像スライス４０６を既存の画像スライス４０８に正確にアラインメントすることができる。広域幅アクチュエータ２５０については、大型のロボット２０２の大きな質量、低い剛性、及び、これらに応じた遅い応答時間に比べて、広域幅アクチュエータ２５０は小さい質量及び本来高い剛性を有しており、結果としてプリントヘッド３００を配置及び配向する際に精度が高く応答が迅速であるという意味において、広域幅と呼んでいる。また、この点に関し、広域幅アクチュエータ２５０は、参照線センサ３２６からリアルタイムで提供された経路追従エラー信号に基づくロボットの制御部２０８からの命令に、迅速に応答することができる。
【００４５】
図１７を参照すると、システム２００は、プリントヘッド３００の位置を、以下の方向のうちの少なくとも１つに沿って調節するように構成された１つ又は複数の広域幅アクチュエータ２５０を含む。すなわち、（１）表面１０２に対して平行であり且つ走査経路３５０に対して垂直な、プリントヘッド３００の並進の横断方向３５４、（２）表面１０２に対して局所的に垂直である、プリントヘッド３００の並進の法線方向３５６、（３）走査経路３５０に平行な軸を中心とするプリントヘッド３００の回転の回動方向３５８である。さらに、１つ又は複数の広域幅アクチュエータ２５０を、他の方向に沿ってプリントヘッド３００の位置を調節するように構成してもよく、ここでの他の方向とは、限定するものでないが、並進の平行方向３５２を含み、当該平行方向は、画像スライス４０４の印刷中における、走査経路３５０に沿うプリントヘッド３００の移動の主方向に平行な方向である。
【００４６】
図１８は、プリントヘッド３００をロボット２０２（図１７）のアームに連結する３つの広域幅アクチュエータ２５０の例を示している。一実施例において、広域幅アクチュエータ２５０は、第１アクチュエータ２５０ａ、第２アクチュエータ２５０ｂ、及び第３アクチュエータ２５０ｃを含み、これらが概ね同一面内三脚配置に配列されていることにより、プリントヘッド３００を上述した横断方向３５４、法線方向３５６、及び回動方向３５８に調節できるようになっている。第１、第２、及び第３アクチュエータ２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃは、それぞれ、上端２６８及び下端２７０を有している。第１、第２及び第３アクチュエータ２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃの上端２６８は、ロボットのアームの端部に枢動可能に連結されており、互いに平行な枢動軸を有する。第１、第２及び第３アクチュエータ２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃの下端２７０は、プリントヘッド３００に枢動可能に連結されており、互いに平行な枢動軸を有する。図１８に示すように、第１アクチュエータ２５０ａと第３アクチュエータ２５０ｃの上端２６８同士は、アームの端部２１４に対する枢動可能取り付け位置において、互いに離間しており、第１アクチュエータ２５０ａと第３アクチュエータ２５０ｃの下端２７０同士は、プリントヘッド３００に対する枢動可能取り付け位置において、互いに離間している。この点に関し、第１アクチュエータ２５０ａと第３アクチュエータ２５０ｃは、互いに略平行な配向とすることができる。ただし、第１アクチュエータ２５０ａと第３アクチュエータ２５０ｃは、横断方向３５４、法線方向３５６及び回動方向３５８に沿うプリントヘッド３００の移動機能を損なうことなく、互いに非平行な配向とすることもできる。
【００４７】
図１８において、第２アクチュエータ２５０ｂの上端２６８は、第１アクチュエータ２５０ａの上端２６８に隣接して配置されている。第２アクチュエータ２５０ｂの下端２７０は、第３アクチュエータ２５０ｃの下端２７０に隣接して配置されており、これによって、第２アクチュエータ２５０ｂは、第１アクチュエータ２５０ａの上端２６８と第３アクチュエータ２５０ｃの下端２７０との間で、斜めに延びている。動作中は、第１、第２及び第３アクチュエータ２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃが、互いに異なる量伸縮することによって、プリントヘッド３００を横断方向３５４、法線方向３５６及び回動方向３５８に沿って調節する。本明細書に開示の実施例のいずれかにおいて、広域幅アクチュエータ２５０のうちの１つ又は複数は、空圧シリンダであってもよいし、限定するものではないが、油圧シリンダ、電気機械式アクチュエータ、又は他のアクチュエータ構成を含む他の広域幅アクチュエータ構成であってもよい。図１８において、プリントヘッド面３０４は、面１０２に対して非平行に配向されており、参照線３２２から横方向に位置ずれしている。
【００４８】
図１９は、広域幅アクチュエータ２５０（例えば、第１、第２及び第３アクチュエータ２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃ）によって、参照線３２２とアラインメントするように再配置されるとともに、プリントヘッド面３０４が表面１０２に対して平行となるように再配向された後のプリントヘッド３００の側面図である。この点に関し、制御部２０８（図１４）は、新たな画像スライス４０６の印刷中に参照線３２２をたどる位置センサ３１４及び／又は参照線センサ３２６からリアルタイムで受信した連続的な入力信号に基づいて、プリントヘッド３００の並進及び再配向を命令することができる。例えば、広域幅アクチュエータ２５０は、プリントヘッド３００を横断方向３５４及び法線方向３５６に並進移動させ、プリントヘッド３００を回動方向３５６に回転させることによってプリントヘッド３００を局所的表面１０２に対して平行に配向するとともに、新たな画像スライス４０６の側縁４１６を既存の画像スライス４０８の側縁４１６にアラインメントする。
【００４９】
図２０は、デルタロボット２５２として構成されるとともに、ロボットアームに直列に取り付けられてプリントヘッド３００をロボットアーム（図１７）の端部２１４（図１９）に連結している広域幅アクチュエータ２５０のさらなる例を示している。図２０において、デルタロボット２５２は、ロボットアーム（例えば第２アーム２１２）の端部２１４に取り付けられたアクチュエータベース２５４を含む。３つのアクチュエータ上側アーム２５６が、枢動可能にアクチュエータベース２５４に連結されており、これらは、互いに対して６０°の角度で配向された同一平面内の枢動軸を有する。各アクチュエータ上側アーム２５６は、ヒンジジョイント２６０によって、一対のアクチュエータ下側アーム２５８に連結されている。アクチュエータ下側アーム２５８の各対は、平行四辺形の４バー機構（four-bar-mechanism）として構成されている。アクチュエータ下側アーム２５８の３対のそれぞれは、６個のヒンジジョイントを介して枢動可能にアクチュエータプラットフォーム２６２に連結されており、各ヒンジジョイントは１つの軸を中心として回転可能である。３つのアクチュエータ下側アーム２５８の３つの平行四辺形４バー機構によって、アクチュエータプラットフォーム２６２の移動が、並進（例えばｘ−ｙ方向における移動）及び伸張（例えばｚ方向における移動）に制限され、アクチュエータプラットフォーム２６２の回転が防止される。この点に関し、アクチュエータプラットフォーム２６２の並進及び／又は伸張の方向にかかわらず、アクチュエータプラットフォーム２６２は、アクチュエータベース２５４に平行に維持される。図示しない例において、デルタロボット２５２は、アクチュエータプラットフォーム２６２の並進及び／又は伸張の間、アクチュエータプラットフォーム２６２をアクチュエータベース２５４に平行に維持するように配置された、球面ジョイント（図示せず）ならびに上側及び下側アーム（図示せず）を備えていてもよい。
【００５０】
図２０において、アクチュエータプラットフォーム２６２が並進可能であることによって、プリントヘッド３００は、印刷中の表面１０２に対して、上述の横断方向３５４（例えばｙ方向）及び法線方向３５６（例えばｚ方向）に並進することができる。図２０の広域幅アクチュエータ２５０構成によれば、プリントヘッド３００を１つ又は複数の取り付けリンク２６６周りに枢動させる１つ又は複数の回動アクチュエータ２６４によって、プリントヘッド３００は、回動方向３５８に回転可能となっている。取り付けリンク２６６の上端は、アクチュエータプラットフォーム２６２に固定連結されている。取り付けリンク２６６の下端は、枢動可能にプリントヘッド３００に連結されている。図２０の広域幅アクチュエータ２５０構成は、質量が小さく且つ剛性が高いアクチュエータシステムを表しており、既存の画像スライス４０８の参照線３２２をたどる参照線センサ３２６によって判定される経路追従エラーに従ったプリントヘッド３００の位置調節において、より高い精度及びより速い応答時間をもたらすものである。上記で示唆したように、広域幅アクチュエータ２５０は、単独で動作するロボット２０２では実現不可能な精度で、プリントヘッド３００の位置及び／又は配向を調節することができる。
【００５１】
図２１は、表面１０２に画像４００を印刷する方法５００に含まれうる１つ又は複数の操作のフローチャートである。当該方法は、上述のシステム２００を用いて実施することができる。方法５００の工程５０２は、表面１０２に隣接させてロボット２０２のアームを配置することを含む。上記で示唆したように、アームの端部２１４には、プリントヘッド３００が取り付けられている。いくつかの実施例において、プリントヘッド３００は、インク、塗料、又は他の流体あるいは着色剤の液滴３３０を吐出するためのアレイ状のノズル３０８又はオリフィスを有するインクジェットプリントヘッド３００である。
【００５２】
方法５００の工程５０４は、図７に示すように、プリントヘッド３００によって表面１０２に画像スライス４０４を印刷しつつ、アームを用いてプリントヘッド３００を表面１０２上で走査経路に３５０沿って移動させることを含む。プリントヘッド３００は、アームによって走査経路３５０に沿って移動させられることによって、既存の画像スライス４０８に平行に、新たな画像スライス４０６を印刷する。
【００５３】
方法５００の工程５０６は、図８に示すように、表面１０２に画像スライス４０４を印刷する際に、画像スライス４０４の少なくとも１つの側縁４１６に沿って画像勾配帯状部４１８を印刷することを含む。上述したように、画像勾配帯状部４１８は、（例えば、走査経路３５０に対する）横断方向３５４に沿って、画像スライス４０４の側縁４１６に向かって低下する画像濃度を有する。いくつかの実施例において、画像勾配帯状部４１８の画像勾配は、横断方向３５４に沿って直線的である（例えば、画像濃度が直線的に低下する）。他の実施例において、画像勾配帯状部４１８の画像勾配は、非直線的である。
【００５４】
図８に示すように、プリントヘッド３００は、新たな画像スライス４０６の画像勾配帯状部４１８が既存の画像スライス４０８の画像勾配帯状部４１８に重なるように、新たな画像スライス４０６を印刷する。例えば、上述したように、新たな画像スライス４０６の側縁４１６を、重なり合う画像勾配帯状部の内側境界４２０にアラインメントさせる。当該方法は、重なり合う画像勾配帯状部４１８の合わさった画像濃度が、新たな画像スライス４０６及び／又は既存の画像スライス４０８の内側部分４１４の画像濃度と同等となるように、プリントヘッド３００を用いて新たな画像スライス４０６及び既存の画像スライス４０８の画像勾配帯状部４１８を印刷することを含みうる。
【００５５】
図９に示し且つ上述したように、画像スライス４０４の内側部分４１４を印刷するノズル３０８については液滴間隔３３２を均一にするのに対して、画像勾配帯状部４１８は、画像スライス４０４の側縁４１６に向かう方向に沿って液滴間隔３３２が徐々に大きくなる状態でプリントヘッド３００のノズル３０８から液滴３３０を吐出することによって、形成することができる。図１０に示すように、画像勾配帯状部４１８は、側縁４１６に向かう方向に沿って、徐々に小さな液滴３３４を吐出することによっても形成することができる。当該方法は、任意の構成として、新たな画像スライス４０６に隣接するエリアに、画像スライス４０４を調和させる又は境界をぼやかすための一手段として、画像スライス４０６の対向する端部のうちの少なくとも一方に画像勾配端部（図示せず）を有する新たな画像スライス４０６を形成することを含みうる。
【００５６】
図２２は、表面１０２に画像４００を印刷するさらなる方法６００に含まれうる１つ又は複数の操作のフローチャートである。当該方法６００の工程６０２は、ロボット２０２のアームに取り付けられたプリントヘッド３００を表面１０２上で走査経路３５０に沿って移動させつつ、プリントヘッド３００を用いて表面１０２に新たな画像スライス４０６を印刷することを含む。方法６００の工程６０４は、図１３に示し且つ上述したように、新たな画像スライス４０６を印刷する際に表面１０２に参照線３２２を印刷することを含む。プリントヘッド３００は、新たな画像スライス４０６を印刷する際に表面１０２に参照線３２２を印刷するように構成された参照線印刷機構３２０を含みうる。いくつかの実施例において、参照線印刷機構３２０は、プリントヘッド３００における、隣接するノズル３０８が吐出するインク又は塗料とは異なる色のインク又は塗料を吐出する少なくとも１つのノズルによって構成することができる。他の実施例において、参照線印刷機構３２０を、専用の参照線プリンタ（図示せず）によって構成してもよい。
【００５７】
プリントヘッド３００は、新たな画像スライス４０６を印刷する際に、当該新たな画像スライス４０６の対向する側縁４１６のうちの少なくとも一方に参照線３２２を印刷する。参照線３２２を印刷する工程は、参照線３２２の少なくとも一部に沿う少なくとも１つの符号化パターン３２４を有する参照線３２２を印刷することを含む。符号化パターンは、間隙によって区切られた一連の線分によって構成してもよい。符号化パターン３２４は、これに代えて、又はこれに加えて、参照線３２２の色の局所的な変化によって構成してもよいし、あるいは、線分、間隙、色変化、及び情報を符号化するための参照線におけるその他のバリエーションの組み合わせによって構成してもよい。符号化パターン３２４は、画像スライス４０４の端部４１２までの距離といった画像スライス４０４についての情報や、画像４００についての他の情報を表すものであってもよい。情報は、制御部２０８に送信され、制御部は、符号化パターン３２４に含まれる情報に基づいて１つ又は複数の印刷動作を調節する。
【００５８】
方法６００の工程６０６は、新たな画像スライス４０６を印刷しつつ、プリントヘッド３００に設けられた参照線センサ３２６を用いて、既存の画像スライス４０８の参照線３２２を感知することを含む。上記で示唆したように、参照線センサ３２６は、既存の画像スライス４０８の参照線３２２を感知し、ロボット２０２及び／又は制御部２０８に信号を送信することによって、新たな画像スライス４０６の側縁４１６が、既存の画像スライス４０８の側縁４１６に対して、アラインメントする、及び／又は、間隙が無く且つ重ならない状態に維持されるように、アームにプリントヘッド３００を調節させる。
【００５９】
方法６００の工程６０８は、参照線３２２の感知位置に基づいて新たな画像スライス４０６の横方向位置を調節することによって、新たな画像スライス４０６の側縁４１６を既存の画像スライス４０８の側縁４１６にアラインメントさせることを含む。一実施例において、当該方法は、新たな画像スライス４０６の側縁４１６と、既存の画像スライス４０８の側縁４１６との非アラインメント状態を検知し、ロボット２０２及び／又は制御部２０８にリアルタイムのアラインメントフィードバックを与えることによって、プリントヘッド３００の横方向位置を操作又は調節させ、新たな画像スライス４０６の側縁４１６が既存の画像スライス４０８の側縁４１６にアラインメントするようにする。この点に関し、新たな画像スライス４０６の横方向位置を調節する工程は、参照線センサ３２６（例えば光センサ）からロボット２０２及び／又は制御部２０８に信号を送信することを含みうる。ロボット２０２及び／又は制御部２０８は、プリントヘッド３００の非アラインメントに基づいて、ロボットに対する補整入力を決定することができる。
【００６０】
当該方法は、新たな画像スライス４０６の側縁４１６が、既存の画像スライス４０８の側縁４１６に対して間隙が無く且つ重ならない状態に維持されるようにプリントヘッド３００の位置を調節することを含みうる。この点に関し、プリントヘッド３００の横方向位置を物理的に調節することによって、新たな画像スライス４０６の側縁４１６を既存の画像スライス４０８の側縁４１６にアラインメントさせてもよい。これに代えて、当該方法は、上述したように、能動的に液滴３３０を吐出するノズル３０８を電子的にシフトさせることによって、新たな画像スライス４０６の側縁４１６を既存の画像スライス４０８の側縁４１６にアラインメントさせてもよい。
【００６１】
上述し且つ図１７〜図２０に示したように、プリントヘッド３００の位置及び／又は配向の調節は、ロボット２０２のアームの端部２１４にプリントヘッド３００を連結する１つ又は複数の広域幅アクチュエータ２５０を用いて行うことができる。広域幅アクチュエータ２５０は、プリントヘッド３００が走査経路３５０に沿って移動する間、表面１０２に対するプリントヘッド３００の配向及び／又は位置を調節することができる。参照線センサ３２６は、参照線３２２を感知し、プリントヘッド３００の横方向位置の調節量を決定するための信号を、ロボット２０２に送信する。ロボット２０２及び／又は制御部２０８が、プリントヘッド３００の位置を調節するよう広域幅アクチュエータ２５０に命令することによって、新たな画像スライス４０６の側縁４１６が、既存の画像スライス４０８の側縁４１６に対して、間隙の無い状態に維持される。
【００６２】
当該方法は、表面１０２に対して平行であり且つ走査経路３５０に対して垂直である横断方向３５４に沿ってプリントヘッド３００を並進させること、表面１０２に対して垂直である法線方向３５６に沿ってプリントヘッド３００を並進させること、及び／又は、走査経路３５０に平行な軸を中心とする回動方向３５８にプリントヘッド３００を回転させること、によってプリントヘッド３００を調節することを含みうる。プリントヘッド３００の位置及び／又は配向を調節する際には、広域幅アクチュエータ２５０によって、より高い精度及び速い応答時間が実現され、有利である。
【００６３】
さらに、本開示は、以下の付記による実施形態を含む。
【００６４】
付記１．表面に画像を印刷するためのシステムであって、
少なくとも１つのアームを有するロボットと、
前記アームに取り付けられており、表面に画像スライスを印刷しつつ、前記アームによって前記表面上で走査経路に沿って移動可能であるプリントヘッドと、を含み、
前記プリントヘッドは、画像スライスの対向する側縁のうちの少なくとも一方に沿う画像勾配帯状部を有する画像スライスを印刷するように構成されており、前記画像勾配帯状部内の画像濃度は、前記画像スライスの内側部分から前記側縁に向かって低下する、システム。
【００６５】
付記２．前記アームは、新たな画像スライスの画像勾配帯状部が既存の画像スライスの画像勾配帯状部に重なるよう、プリントヘッドを前記既存の画像スライスに平行に移動させるように構成されている、付記１に記載のシステム。
【００６６】
付記３．前記プリントヘッドは、画像勾配帯状部の重なり部分の画像濃度が、前記新たな画像スライス及び前記既存の画像スライスのうちの少なくとも一方の前記内側部分の画像濃度と同等となるように、前記新たな画像スライス及び前記既存の画像スライスの前記画像勾配帯状部を印刷するように構成されている、付記２に記載のシステム。
【００６７】
付記４．前記プリントヘッドは、印刷幅に沿って分散配置されたアレイ状のノズルを含み、
前記プリントヘッドは、以下の態様、すなわち、
前記側縁に向かう方向に沿って液滴間隔が徐々に大きくなる態様、及び、
前記側縁に向かう方向に沿って液滴サイズが徐々に小さくなる態様、のうちの少なくとも１つの態様で液滴を吐出することによって、前記画像勾配帯状部を形成するように構成されている、付記１に記載のシステム。
【００６８】
付記５．前記プリントヘッドは、インクジェットプリントヘッドである、付記１に記載のシステム。
【００６９】
付記６．表面に画像を印刷するためのシステムであって、
少なくとも１つのアームを有するロボットと、
前記アームに取り付けられており、表面に新たな画像スライスを印刷しつつ、前記アームによって前記表面上で走査経路に沿って移動可能であるプリントヘッドと、
前記新たな画像スライスを印刷する際に、前記表面に参照線を印刷するように構成された参照線印刷機構と、
既存の画像スライスの前記参照線を感知し、前記ロボットに信号を送信することによって、前記新たな画像スライスの側縁が、前記既存の画像スライスの前記側縁にアラインメントするように、前記アームに前記プリントヘッドを調節させるよう構成された参照線センサと、を含むシステム。
【００７０】
付記７．前記参照線印刷機構は、前記プリントヘッドの少なくとも１つのノズルによって構成されている、付記６に記載のシステム。
【００７１】
付記８．前記ロボットは、前記新たな画像スライスの側縁が前記既存の画像スライスの前記側縁にアラインメントするよう、前記プリントヘッドの横方向位置を調節するように構成されている、付記６に記載のシステム。
【００７２】
付記９．前記ロボットは、前記新たな画像スライスの側縁が前記既存の画像スライスの前記側縁にアラインメントするよう、能動的に液滴を吐出するノズルのグループを電子的にずらすように構成されている、付記６に記載のシステム。
【００７３】
付記１０．前記プリントヘッドを前記アームの端部に連結する少なくとも１つの広域幅アクチュエータをさらに含み、
前記広域幅アクチュエータは、前記走行経路に沿う前記プリントヘッドの移動中、前記表面に対する前記プリントヘッドの配向及び／又は位置を調節するように構成されている、付記６に記載のシステム。
【００７４】
付記１１．前記広域幅アクチュエータは、以下の方向、すなわち、
前記表面に対して平行であり且つ前記走査経路に対して垂直な、並進の横断方向、
前記表面に対して垂直である、並進の法線方向、及び、
前記走査経路に平行な軸を中心とする回転の回動方向、のうちの少なくとも１つに沿って、前記プリントヘッドを調節するように構成されている、付記１０に記載のシステム。
【００７５】
付記１２．前記広域幅アクチュエータは、同一面内三脚配置に配列されるとともにそれぞれが上端及び下端を有する第１アクチュエータ、第２アクチュエータ及び第３アクチュエータを含み、前記上端は、前記ロボットの前記アームの端部に枢動可能に連結される一方、前記下端は、前記プリントヘッドに枢動可能に連結されており、
前記第１及び第３アクチュエータの前記上端同士は、互いに離間しており、
前記第１及び第３アクチュエータの前記下端同士は、互いに離間しており、
前記第２アクチュエータの前記上端は、前記第１アクチュエータの前記上端に隣接して配置されており、
前記第２アクチュエータの前記下端は、前記第３アクチュエータの前記下端に隣接して配置されていることによって、前記第２アクチュエータは、前記第１アクチュエータの前記上端と、前記第３アクチュエータの前記下端との間に斜めに延びており、
前記第１、第２、及び第３アクチュエータは、前記横断方向、前記法線方向及び前記回動方向に沿った前記プリントヘッドの調節を可能にする、付記１１に記載のシステム。
【００７６】
付記１３．表面に画像を印刷する方法であって、
ロボットのアームを前記表面に隣接させて配置させ、当該アームはそれに取り付けられたプリントヘッドを有しており、
前記表面に画像スライスを印刷しつつ、前記アームを用いて前記プリントヘッドを前記表面上で前記走査経路に沿って移動させ、
前記画像スライスを印刷する際に、画像スライスの少なくとも１つの側縁に沿って画像勾配帯状部を印刷する、ことを含み、前記画像勾配帯状部は、前記側縁に向かう方向に沿って低下する画像濃度を有する、方法。
【００７７】
付記１４．前記プリントヘッドを移動させる工程及び前記画像勾配帯状部を印刷する工程は、前記新たな画像スライスの前記画像勾配帯状部が前記既存の画像スライスの前記画像勾配帯状部に重なるように、前記既存の画像スライスに平行に前記新たな画像スライスを印刷するよう、前記走査経路に沿って前記プリントヘッドを移動させることを含む、付記１３に記載の方法。
【００７８】
付記１５．前記画像勾配帯状部を印刷する工程は、前記画像勾配帯状部の重なり部分の画像濃度が、前記新たな画像スライス及び前記既存の画像スライスのうちの少なくとも一方の内側部分の画像濃度と同等となるように、前記新たな画像スライス及び前記既存の画像スライスの前記画像勾配帯状部を印刷することを含む、付記１４に記載の方法。
【００７９】
付記１６．前記プリントヘッドは、液滴を吐出するためのアレイ状のノズルを含み、前記画像勾配帯状部を印刷する工程は、
前記側縁に向かう方向に沿って徐々に大きな液滴間隔で液滴を吐出すること、及び／又は、
前記側縁に向かう方向に沿って徐々に小さな液滴サイズの液滴を吐出すること、を含む、付記１３に記載の方法。
【００８０】
付記１７．表面に画像を印刷する方法であって、
ロボットのアームに取り付けられたプリントヘッドを用いて、前記プリントヘッドを前記表面上で走査経路に沿って移動させながら、前記表面に新たな画像スライスを印刷し、
前記新たな画像スライスを印刷する際に、前記表面に参照線を印刷し、
前記新たな画像スライスを印刷しつつ、既存の画像スライスの前記参照線を参照線センサを用いて感知し、
前記新たな画像スライスの側縁が前記既存の画像スライスの前記側縁にアラインメントするように、前記参照線の感知位置に基づいて、前記新たな画像スライスの横方向位置を調節する、ことを含む方法。
【００８１】
付記１８．前記参照線を印刷する工程は、前記プリントヘッドの少なくとも１つのノズルを用いて前記参照線を印刷することを含む、付記１７に記載の方法。
【００８２】
付記１９．前記新たな画像スライスの前記横方向位置を調節する工程は、
前記参照線に対する前記プリントヘッドの前記感知位置を表す信号を、前記参照線センサから前記ロボットに送信することと、
前記プリントヘッドの前記感知位置に基づいて補整入力信号を求めることと、
前記補整入力信号に基づいて、前記プリントヘッドの前記横方向位置を調節することと、を含む、付記１７に記載の方法。
【００８３】
付記２０．前記新たな画像スライスの前記横方向位置を調節する工程は、能動的に液滴を吐出するノズルを、電子的にシフトさせることを含む、付記１７に記載の方法。
【００８４】
付記２１．前記新たな画像スライスの前記横方向位置を調節する工程は、前記新たな画像スライスの前記側縁が、前記既存の画像スライスの前記側縁に対して、間隙が無く且つ重ならない状態に維持されるように、前記プリントヘッドの前記横方向位置を調節することを含む、付記１７に記載の方法。
【００８５】
付記２２．前記新たな画像スライスの前記横方向位置を調節する工程は、前記プリントヘッドを前記アームの端部に連結する少なくとも１つの広域幅アクチュエータを用いて、前記プリントヘッドの横方向位置を調節することを含む、付記１７に記載の方法。
【００８６】
付記２３．少なくとも１つの広域幅アクチュエータを用いて、前記プリントヘッドの前記横方向位置を調節する工程は、
前記表面に対して平行であり且つ前記走査経路に対して垂直な横断方向に沿って前記プリントヘッドを並進させること、
前記表面に対して垂直である法線方向に沿って前記プリントヘッドを並進させること、及び、
前記走査経路に平行な軸を中心とする回動方向に前記プリントヘッドを回転させること、のうちの少なくとも１つを含む、付記２２に記載の方法。
【００８７】
当業者には、本開示に対する追加的な改変及び改良が明らかであろう。従って、本明細書において説明及び図示した部品の特定の組み合わせは、本開示の、ある実施形態のみを表すことを意図しており、本開示の精神及び範囲内の代替の実施形態又は装置を限定することを意図したものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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