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1. WO2018198832 - 立体物印刷システムおよび立体物印刷方法

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明 細 書

発明の名称 立体物印刷システムおよび立体物印刷方法

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010  

図面の簡単な説明

0011  

発明を実施するための形態

0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116   0117   0118   0119   0120   0121   0122   0123   0124   0125   0126   0127   0128   0129   0130   0131   0132   0133   0134   0135   0136   0137   0138   0139   0140   0141   0142  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25  

明 細 書

発明の名称 : 立体物印刷システムおよび立体物印刷方法

技術分野

[0001]
 本発明は、立体物印刷システムおよび立体物印刷方法に関する。

背景技術

[0002]
 立体物上に画像を印刷するための従来例の立体物印刷装置として、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その立体物を回転可能に支持する立体物支持部とを備え、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プリンタが知られている(特許文献1参照)。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開2006-335019号公報(JP 2006-335019 A)

発明の概要

[0004]
 従来例の立体物印刷装置では、立体物支持部で回転できる立体物は単一であるため、複数の立体物への印刷を行う場合の生産効率が低かった。
[0005]
 また、従来例の立体物印刷装置では、印刷品質を向上させるためには、印刷対象として立体物の回転を適切に制御する必要であった。そのため、複雑で精密な制御技術を要し、コストが嵩むという難点もあった。
[0006]
 さらに、従来例の立体物印刷方法として、印刷用治具を用いる方法も提案されている。しかしながら、このような印刷方法では、異なる形状の立体物毎に印刷用治具を必要とし、また印刷用治具に立体物を固定する手間が必要であった。そのため、印刷に要する費用が嵩むなどの問題があった。
[0007]
 本発明は、上記の事情に鑑み、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ことができる立体物印刷システムおよび立体物印刷方法を提供することを目的としている。
[0008]
 上述の課題を解決するため、本発明の第1の態様に係る立体物印刷システムは、印刷対象としての立体物を載置するための印刷テーブルと、印刷テーブル上に載置された立体物の位置と向きを検出するための検出部と、検出部による立体物の位置と向きの検出結果に基づいて立体物に対応させた印刷データを生成するための印刷データ生成部と、印刷データ生成部で生成された印刷データにより、立体物への印刷を実行するための印刷部と、検出部と印刷データ生成部と印刷部との動作を制御するための制御部とを備える。
[0009]
 本発明の第2の態様に係る立体物印刷方法は、印刷テーブル上に載置した立体物の位置と向きを検出する検出過程と、検出された立体物の位置と向きに基づいて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過程と、生成された印刷データにより立体物への印刷を実行する印刷過程とを含む。
[0010]
 本発明の態様によれば、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ことができる立体物印刷システムおよび立体物印刷方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0011]
[図1] 図1は、第1実施形態に係る立体物印刷システムの全体構成を示す機能ブロック図である。
[図2] 図2は、第1実施形態に係る立体物印刷システムの構成例を示す説明図である。
[図3] 図3は、印刷レンダリングデータの生成手順を示す説明図である。
[図4] 図4は、印刷レンダリングデータの生成手順の続きを示す説明図である。
[図5] 図5は、印刷レンダリングデータの生成手順の続きを示す説明図である。
[図6] 図6(a)、6(b)は、パターンマッチングで検出基準点を発見する手順を示す説明図である。
[図7] 図7(a)-7(c)は、印刷データの生成手順の例を示す説明図である。
[図8] 図8は、検出基準マークの実施例を示す撮像図である。
[図9] 図9(a)、9(b)は、立体物への印刷例を示す説明図である。
[図10] 図10(a)、10(b)は、立体物への印刷例を示す一部拡大図である。
[図11] 図11は、第1実施形態に係る立体物印刷システムに適用されるベルトコンベア式の印刷テーブルを示す概略構成図である。
[図12] 図12は、第2実施形態に係る立体物印刷システムの全体構成を示す機能ブロック図である。
[図13] 図13は、第2実施形態に係る立体物印刷システムの要部の構成を示すブロック図である。
[図14] 図14は、第2実施形態に係る立体物印刷システムの構成例を示す説明図である。
[図15] 図15(a)、15(b)は、第2実施形態に係る立体物印刷システムの要部の構成例を示す概略構成図である。
[図16] 図16は、立体姿勢の検出原理を示す説明図である。
[図17] 図17は、立体姿勢の検出における照明角と姿勢角の例を示す説明図である。
[図18] 図18(a)、18(b)は、立体姿勢の検出における照明角と姿勢角の他の例を示す説明図である。
[図19] 図19は、第2実施形態に係る立体物印刷システムで実行される補正処理の処理手順を示すフローチャートである。
[図20] 図20は、補正処理における補正データの生成手順を示す説明図である。
[図21] 図21(a)、21(b)は、補正処理における補正データの生成手順を示す説明図である。
[図22] 図22(a)-22(c)は、補正処理における補正データの生成手順を示す説明図である。
[図23] 図23は、印刷データ群の格納例を示す説明図である。
[図24] 図24は、走査印刷ヘッドの走査方向とインクドロップレットの飛翔角等の関係を示す説明図である。
[図25] 図25は、走査印刷ヘッドの走査方向と印刷例を示す説明図である。

発明を実施するための形態

[0012]
 以下、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、重複した説明は省略されている。
[0013]
 (第1実施形態)
 図1、2を参照して、第1実施形態に係る立体物印刷システムS1の構成例を説明する。
[0014]
 図1は、第1実施形態に係る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り、図2は、第1実施形態に係る立体物印刷システムS1の構成例を示す説明図である。
[0015]
 図1に示すように、第1実施形態に係る立体物印刷システムS1は、印刷対象としての1以上の立体物10を載置するための印刷テーブルTと、印刷テーブルT上に載置した各立体物10の位置と向きを検出するための検出部101と、検出部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ための印刷データ生成部102と、印刷データ生成部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ための印刷部103と、検出部101と印刷データ生成部102と印刷部(例えば、フラットベッド型のUVインクジェットプリンタ)103との動作を制御するための制御部104とを備える。
[0016]
 検出部101は、例えば、所定の光学センサや印刷テーブル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光学センサ(3次元センサ)200を備える。
[0017]
 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15が四隅に印刷して形成されている。
[0018]
 検出部101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XYスライダ301等で構成される指示部105を備える。なお、図2おいて符号Bは、光線を示し、符号300は印刷部103の筐体を示す。
[0019]
 検出部101は、各立体物10について指示部105で指示された検出ポイントの位置と検出基準の位置を検出する。ワークステーション104A、104B等で構成される制御部104は、検出された検出ポイントの位置と検出基準の位置に基づいて、印刷テーブルT上における各立体物10の位置と回転角を算出する。
[0020]
 制御部104は、算出された各立体物10の位置と回転角に関するデータと、予め取得した立体物10の姿勢に関するデータとに基づくパターンマッチングによって、各立体物10の姿勢を判定することができる。
[0021]
 印刷データ生成部102は、ハードウェアとしてのワークステーション104Bと、所定のデータ処理ソフトウェア等で構成することができる。
[0022]
 印刷データ生成部102は、制御部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)を生成するための第1データ生成部102Aと、検出部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ための第2データ生成部102Bとを備える。
[0023]
 立体物印刷システムS1は、印刷テーブルTに載置された各立体物10の高さを検出するための高さ検出部(不図示)を更に備えてもよい。
[0024]
 この場合、印刷データ生成部102は、高さ検出部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ようにできる。
[0025]
 光学センサ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3次元センサで構成される場合には、第1データ生成部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し、第2データ生成部102Bは、3次元センサまたは3次元センサ以外の検出手段で取得された各立体物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ようにしてもよい。
[0026]
 光学センサ200は、各立体物10の表面への印刷状態を検出し、制御部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ようにしてもよい。
[0027]
 (第1データ生成部の処理について)
 次に、第1データ生成部102Aの処理の詳細について説明する。
[0028]
 まず、立体物10についての3次元形状情報を有する3DCADデータと、立体物10の表面に施す彩色と描画に関する情報を有するデザインデータとを第1データ生成部102Aに入力する。
[0029]
 第1データ生成部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。
[0030]
 なお、第1データ生成部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するようにできる。
[0031]
 次に、第1データ生成部102Aは、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。
[0032]
 次に、第1データ生成部102Aは、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。
[0033]
 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ためのものなので、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っている。この平面とは異なる奥行印刷特性を予め保存しておき、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。
[0034]
 例えば、インクジェット印刷装置の場合には、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に依存する。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は悪くなることによる印刷特性の乱れを補うために、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必要が有る。
[0035]
 (印刷レンダリングデータの生成手順)
 図3―5を参照して、第1実施形態に係る立体物印刷システムS1における印刷レンダリングデータの生成手順について説明する。
[0036]
 なお、第1実施形態では、印刷対象としての立体物10として、マスコット人形D1を例示する。
[0037]
 図3に示す生成手順では、第1データ生成部102Aを構成するワークステーション104Bの操作画面400上で、マウス等のポインティングデバイスなどを用いて、マスコット人形D1a~D1dの向き等を操作して、マスコット人形D1の姿勢を決定する。
[0038]
 次いで、図4に示す生成手順では、決定した姿勢におけるマスコット人形D1の3DCADデータとデザインデータ(図4等に示す例では、服のデザインデータ)W1をワークステーション104Bの操作画面400上で合成する。
[0039]
 図5に示す生成手順では、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し、この2次元レンダリングデータと、このレンダリングデータに対応する奥行情報から描画データW1aを第1データ生成部102Aで生成する。
[0040]
 (検出部の具体例について)
 次に、図2等を参照して、検出部101としての読取り装置の実施例について説明する。
[0041]
 図2に示す実施例では、読取り装置(検出部)101は、フラットベッド型のUVインクジェットプリンタ(印刷部)103等を収容する筐体300の上面側に配置されるXYスライダ301と、このXYスライダ301によってXY方向に移動可能なデジタルカメラから成る光学センサ200とを備える。
[0042]
 ここで、UVインクジェットプリンタ103の印刷データは、立体物10の印刷テーブルT上の位置に合致した位置に生成される必要がある。
[0043]
 UVインクジェットプリンタ103の描画位置精度を事前の調査結果に基づく目標値として200μmとし、読取り装置101は、印刷テーブルT上の立体物10の位置を100μmの精度で、回転角度を1度の精度で検出可能としている。
[0044]
 光学センサ200は、例えば、画素数2478万のデジタルカメラを備える。XYスライダ301は、印刷テーブルT上を8分割した検出エリアA1~A8(図7等参照)で撮影するようにデジタルカメラを移動させる。
[0045]
 ワークステーション104Bにインストールされている読取用ソフトウェアの処理により、デジタルカメラによる立体物10の基準点(具体例は後述する)の指定と、読み取り結果から印刷テーブル上の位置と回転角度を演算する。
[0046]
 撮影時の振動等の影響で読み取り画像に誤差が発生しないようにXYスライダ301の加速減速制御を行い、検出時間短縮と、読取り精度とを両立するために各検出エリア間の移動時間は1~4秒とすることが望ましい。
[0047]
 また、画素数2478万のデジタルカメラを用いた場合において、印刷テーブルTの大きさは、30cm×42cmとした。
[0048]
 このような条件において、読み取り領域に相当する印刷テーブルTの大きさと読み取り解像度の関係から、1回の撮影における各検出エリアA1~A8の大きさは、15cm×10.5cmとした。
[0049]
 デジタルカメラは、印刷テーブルTの平面と平行な平面を移動させるためのXYスライダ301に、印刷テーブルTから約80cmの高さになるように配置されている。
[0050]
 印刷テーブルT上に配置される立体物10の高さ寸法が撮影視野角により印刷テーブルT上の位置と一致しないことによる誤差を小さくすることが印刷精度上、重要である。
[0051]
 予め把握できる高さについては補正演算が可能であるが、立体物10の寸法誤差や立体姿勢誤差等の影響を排除するには原理的に視野角を小さくする必要がある。
[0052]
 即ち、高さ誤差0.5mmの影響が読み取り誤差0.05mmの範囲となるよう視野角5.7度以下を満たすように設計することが好ましい。
[0053]
 (印刷基準に基づく読み取り基準マークとパターンマッチングについて)
 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。
[0054]
 そのため、印刷テーブルT上に印刷用シートを固定し、その印刷用シート上に図8に例示するような基準マーク(検出基準)15を印刷した。
[0055]
 そして、これらの基準マーク15と印刷テーブルT上の立体物10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、印刷テーブルT上の立体物10に印刷を行うようにしている。
[0056]
 より具体的には、例えば、図7のように、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、検出マークを検出エリアA1~A8毎に印刷した。
[0057]
 また、図8―10に示す例では、各検出エリアの基準点を交点とする十字線上に等距離で4つの円を印刷した。
[0058]
 そして、検出部101で、この4つの円をパターンマッチングで検出し、4つの円の中心点を求め、対向する中心点を直線で結びその交点を基準点として決定する。
[0059]
 これにより、印刷部103の印刷基準と印刷テーブルT上に固定した印刷用シート上に印刷した基準マーク15(検出基準)を高精度に一致させることができる。
[0060]
 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。
[0061]
 即ち、図6(a)に示す例では、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。
[0062]
 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6(b)参照)。
[0063]
 そして、2点の読み取り基準点Q1、Q2を抽出した後に、その立体物の重心位置Cと回転角θ1を決定する。
[0064]
 このような輪郭データを用いて、図6(b)、図7(a)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。
[0065]
 図7(a)に示す例では、印刷テーブルTの検出エリアA1~A8に、2~3個の立体物10がランダムな方向で載置されている。
[0066]
 ここで、検出エリアA4を例にすると、各立体物10a~10cについて、図7(a)の右側に示す方法で、読み取り基準点に基づいて、例えば、立体物10aについては位置(x1,y1)と回転角(θ1)を決定することができる(図7(b)参照)。
[0067]
 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データ生成部102Aに転送する。
[0068]
 次いで、第2データ生成部102Bにより、各立体物10の位置(x1,y1)と回転角(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。
[0069]
 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の高精度な一致を行うことができる。
[0070]
 図7(a)に示す例では各立体物は印刷テーブルTの各検出エリアA1~A8の内部に載置されているが、検出エリアA1~A8を跨った位置であっても、検出エリアを結合させることで各処理が可能となる。
[0071]
 立体物または描画データが複数有る場合であっても、本実施形態を適用することにより、同様に高精度の印刷を行うことが可能である。
[0072]
 (印刷の実行例)
 まず、図9(a)、10(a)に示すように、複数の立体物10を印刷テーブルT上に配置する。
[0073]
 この際に、各立体物10の配置は事前に決めた印刷テーブルT上での姿勢を維持していれば印刷テーブルTの平面内での回転角や位置は自由である。また、立体物10の数量も印刷テーブルT上に配置できる範囲内であれば制限はない。
[0074]
 そして、上述のような方法により、各立体物10についての位置と回転角を検出し、その検出結果に基づいて生成した印刷データにより印刷部103を駆動して、各立体物10への印刷を実行する。これにより、図9(b)、図10(b)に示すような印刷物10Aを得ることができる。
[0075]
 また、第1実施形態に係る立体物印刷システムS1において、図11に示すように、印刷テーブルTを、立体物10を載置して上流側から下流側に移動可能なベルト(例えば、無限軌道状のベルト)Bを備えるベルトコンベア700で構成することができる。
[0076]
 ベルトBは、駆動装置(不図示)によって、D11方向(図11上では、右方向)に移動される。
[0077]
 ベルトBの表面には、検出部(光学センサ)200で検出可能な検出基準(読取り基準マーク)15が複数にわたって印刷されている。
[0078]
 ここで、検出部200は、インクジェット式の印刷装置(印刷部)103よりも上流側に配置されている。なお、図11において、符号10Aは、印刷部103によって所定の印刷が施された立体物を示す。
[0079]
 (第2実施形態)
 図12―25を参照して、第2実施形態に係る立体物印刷システムS2の構成例について説明する。
[0080]
 なお、第2実施形態に係る立体物印刷システムS2において、第1実施形態に係る立体物印刷システムS1と同様の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。
[0081]
 ここで、図12は、第2実施形態に係る立体物印刷システムS2の全体構成を示す機能ブロック図であり、図13は、立体物印刷システムS2の要部の構成を示すブロック図である。
[0082]
 図12に示すように、第2実施形態に係る立体物印刷システムS2では、印刷データ生成部102が第1データ生成部102Aと第2データ生成部102Bに加えて第3データ生成部102Cを備え、印刷部103が走査印刷ヘッド130を備える点が、第1実施形態に係る立体物印刷システムS1と異なっている。
[0083]
 走査印刷ヘッド130は、印刷テーブル上を順次高速に走査して移動を行うことによって印刷テーブル上の全面を高速に印刷することを可能としている。
[0084]
 ここで、図24に示すように、走査印刷ヘッド130が、例えば、走査方向D20に高速に走査する印刷部である場合には、吐出されたインクドロップレット300Aは斜めに飛翔する。
[0085]
 なお、インク粒子の飛翔角の概算値(想定値)は、例えば、インク粒子の突出速度 = 5.0 m/sec、走査印刷ヘッド130の走査速度 = 0.5 m/secの場合、tan -1(0.5/5.0) = tan -1 0.1 = 5.7 degとなる。
[0086]
 また、図24に示すように、インクドロップレット300Aは、走査印刷ヘッド130の走査に伴う気流の影響により、インクドロップレット300Bのように、飛翔軌道が曲線状となる場合もある。
[0087]
 このように、インク飛翔角の影響により立体表面が曲面である場合に、飛翔軌道が曲線状のインクドロップレット300Bの着弾位置は平面上とは異なることとなり、直線性や寸法精度に影響を及ぼしてしまう。
[0088]
 図25に示す例では、走査印刷ヘッド130の走査方向がD20の場合に、90度ごとに向きを変えた立体物10a~10dに対して、線状の印刷P20a~P20dを施した。
[0089]
 その結果、走査方向がD20と略平行な線状の印刷P20a、P20cでは直線性が維持されている。
[0090]
 一方、走査方向がD20と略直交する線状の印刷P20b、P20dでは直線性が失われていることが分かる。
[0091]
 そこで、第2実施形態に係る立体物印刷システムS2では、印刷部103はインクジェット式の走査印刷ヘッド130を備え、印刷データ生成部102は、走査印刷ヘッド130から射出されるインク粒子(インクドロップレット)の飛翔角と各立体物の描画面の形状とに基づいて、最適化した印刷データを生成する第3データ生成部102Cを備える。
[0092]
 そして、ワークステーション等で構成される制御部104は、第3データ生成部102Cで最適化した印刷データに基づいて印刷部103を制御する。
[0093]
 これにより、第2実施形態に係る立体物印刷システムS2では、走査印刷ヘッド130から吐出されるインクドロップレットを所望の位置に着弾させて、印刷精度を向上させることができる。
[0094]
 第3データ生成部102Cは、図13のブロック図に示すように、描画面の立体形状データを記憶するための記憶部(例えば、フラッシュメモリ等)501と、印刷データ最適化部502とを備える。第3データ生成部102Cは、例えばCPU、RAM等のハードウェアと、補正処理等を実行するソフトウェアとの協働によって実現される。補正処理の詳細については、後述する。
[0095]
 第2実施形態に係る立体物印刷システムS2において、図11に示すように、印刷テーブルTを、立体物10を載置して上流側から下流側に移動可能なベルト(例えば、無限軌道状のベルト)Bを備えるベルトコンベア700で構成するようにしてもよい。
[0096]
 第2実施形態に係る立体物印刷システムS2において、3次元センサ200は、デジタルカメラ等で構成される2次元センサ200Aと、立体物10を照らすLEDライト等で構成される照明部250とを備える。
[0097]
 図14、15(a)に示す構成例では、照明部250としてのLEDライトは、2次元センサ200Aの周囲に、アーム部材251によって90度毎に4つ設けられている。
[0098]
 照明部250としてのLEDライトは、立体物の姿勢を把握するために所定の陰影をつける観点から複数個であることが好ましく、例えば5個以上設けるようにしてもよい。
[0099]
 また、図15(b)に示すように、複数のLED等をリング状に配置した照明部260をアーム部材251によって2次元センサ200Aの周囲に取り付けるようにしてもよい。
[0100]
 2次元センサ200Aは、照明部250(260)によって形成される立体物10の描画面の陰影を検出して立体物10の3次元姿勢を取得する。
[0101]
 ここで、図16は立体姿勢の検出原理を示す説明図であり、図17は立体姿勢の検出における照明角と姿勢角の例を示す説明図であり、図18は立体姿勢の検出における照明角と姿勢角の他の例を示す説明図である。
[0102]
 図16に示すように、照明部250のライトの位置が図上右側(Lz+方向)に有る場合の立体物10への照射角を-θ、照明部250のライトの位置が図上左側(Lz-方向)に有る場合の立体物(例えば、人形の顔部)10への照射角を+θとする。
[0103]
 そして、所定の照明角度(例えば、-45度、0度、+45度)による立体物10の凹凸陰影パターン(照明角と姿勢角の組み合わせによる)を図17のように取得してデータベース化してフラッシュメモリ等に格納する。
[0104]
 これにより、例えば図11に示すベルトコンベア700のベルトB上に載置された立体物10の凹凸陰影を検出部200で取得し、データベース化されたパターンと照合することにより、各立体物10の立体角(立体姿勢)を検出することができる。
[0105]
 また、図示は省略するが、立体物10の上下方向と横方向(いわゆるXYZ方向)の陰影変化のパターンを取得してデータベース化して格納するようにしてもよい。これにより、各立体物の立体角(立体姿勢)をより高精度に検出することができる。
[0106]
 また、図18(a)、18(b)に示すように、所定の明暗パターン801を立体物10に照射し、その立体物10の明暗パターンの変化によって各立体物10の立体角(立体姿勢)を検出するようにしてよい。
[0107]
 (印刷データの最適化について)
 ここで、補正処理の詳細について説明する前に、第2実施形態に係る立体物印刷システムS2における印刷データの補正(最適化)の仕組みについて説明する。
[0108]
 第2実施形態に係る立体物印刷システムS2では、印刷部103としてインクジェット式の走査印刷ヘッド130を備えた印刷装置を用いている。
[0109]
 そのため、走査印刷ヘッド130の走査方向への移動と気流の影響により、印刷ヘッド130から射出されるインク粒子が飛翔する軌道は垂直直下への軌道とは異なる。
[0110]
 なお、インク粒子の飛翔角の概算値(想定値)は、例えば、インク粒子の突出速度 = 5.0 m/sec、走査印刷ヘッド130の走査速度 = 0.5 m/secの場合、tan -1(0.5/5.0) = tan -1 0.1 = 5.7degとなる。
[0111]
 また、立体物10への印刷では、高さの異なる位置(即ち、凹凸を有する立体物の表面)にインク粒子を正確に着弾させる必要がある。
[0112]
 即ち、2次元の印刷対象(例えば、印刷用紙等)用に生成された印刷データを立体物にそのまま投影して印刷を実行してしまうと、インク粒子の着弾位置が当初の目標位置とずれてしまい、所望の印刷結果を得られないという問題を生じる。
[0113]
 従って、立体物10に対して所望の印刷結果を得るためには、インク粒子の軌道と高さの異なる位置への着弾位置のずれ等を考慮した補正を行って最適化した印刷データを生成する必要がある。
[0114]
 そこで、第2実施形態に係る立体物印刷システムS2では、第3データ生成部102C等において、印刷ヘッド130から射出されるインク粒子の飛翔角と、各立体物10の描画面の形状とに基づいて、最適化した印刷データを生成する補正処理を行う。
[0115]
 (補正処理について)
 図19のフローチャートと図20―23の説明図を参照して、第2実施形態に係る立体物印刷システムS2で実行される補正処理の処理手順について説明する。
[0116]
 補正処理が開始されると、まず、検出部101によって立体物10の平面回転角を取得してステップS11に移行する。
[0117]
 ステップS11では、画素単位の3次元データと対になった元デザインデータを制御部104の記憶装置等から読み出す。
[0118]
 ここで、元デザインデータは、立体物10の標準姿勢における平面投影法で得た基本印刷データに相当する。図20に例示する座標では、ハッチを付した画素(領域)PD1が基本印刷データに該当する。
[0119]
 基本印刷データは、1画素毎(図20に示す例では、画素(x7,y9))に、高さ情報Hと、隣接画素を含む曲面情報(図20に示す例では、画素(x7,y9)のy9切片における曲面情報)とを紐付けしたデータであり、制御部104の記憶装置等に格納されている。
[0120]
 ステップS12では、立体物10の立体姿勢を標準姿勢の変位角から検出してステップS13に移行する。
[0121]
 ステップS13では、画素毎に、インク飛翔角によるインク着弾位置を予測する。
[0122]
 図21(a)、21(b)に示す例は、立体物10の平面回転角180度、立体姿勢の変位角(x軸上で5度)の変位を検出した場合のインク着弾位置の予測例である。
[0123]
 この予測例に示すように、平面回転角が180°で立体姿勢が5°である場合には、インクの飛翔距離が長くなり着弾位置が基準位置よりも遠くまで及んでいることが分かる。
[0124]
 図21(a)、21(b)に示す例では、立体物10の印刷面の形状が、図示するように凸面の形状になっていることと、高さ(インク吐出面400からの距離)が異なることによって、インクの飛翔軌道300C、300Dと着弾位置に違いが生じる。
[0125]
 このようなインク着弾位置の予測を各画素について実行して、インク着弾位置の予測データを生成する。
[0126]
 次いで、ステップS14では、各画素毎にインク着弾位置のインク着弾位置の予測データと目標着弾位置とのずれを算出する。
[0127]
 例えば、図22(a)に示す元デザインデータPD1について、図22(b)に示すようにインク着弾位置はD11方向にずれる予測となっている。
[0128]
 次に、ステップS15では、目標着弾位置となるようにインク着弾位置を補正した補正印刷データ(例えば、図22(c)に示す補正印刷データPD2)を生成して処理を終了する。
[0129]
 なお、インク着弾位置のずれの予測や、インク着弾位置を補正の演算に関し処理時間を高速に行うために、予め演算結果をフラッシュメモリ等に格納するようにしてもよい。
[0130]
 即ち、例えば図23に示すように、立体姿勢角ごとに平面回転角と印刷データを関連付けした演算結果を印刷データ群(補正印刷データ)としてテーブル形式等でフラッシュメモリ等の不揮発性メモリやハードディスク装置等に格納できる。
[0131]
 また、格納した演算結果の量を実用的な規模で十分な演算精度を得るために、複数の格納された演算結果に補完処理を加えるようにしてもよい。
[0132]
 このようにして生成した補正印刷データを用いて、各立体物10への印刷を実行することにより、ベルトコンベア700で順次搬送されて来るランダムな方向や傾きで載置された複数の立体物10に対して、所望の印刷を正確に施すことが可能となる。
[0133]
 ここで、インク飛翔角と立体物10の描画面形状との関係に応じた最適な印刷データは、予め準備された各姿勢に対応する最適印刷データ群を生成して記憶装置等に格納するようにしてもよい。
[0134]
 また、準備された各姿勢に対応する最適印刷データ群に、検出された立体姿勢と平面回転角に対応するデータが欠落している場合は、その立体物に限って白紙印刷データ(例えば、立体物に何も印刷しない状態)とするようにしてもよい。
[0135]
 また、欠落データが生じたジョブの履歴に応じて、欠落データの演算と格納を並行して行うようにしてもよい。この場合には、最適印刷データ群の成長を自己学習によって進めて、生産性の向上を図ることができる。
[0136]
 以上述べたように、実施形態に係る立体物印刷システムおよび立体物印刷方法によれば、従来のように印刷物を得るまでの試行錯誤を不要とすることができ、生産効率を高めることができる。
[0137]
 また、印刷用治具を用いることなく、複数の立体物に高精度で高精細な印刷を施すことができ、印刷コストを低廉化することができる。
[0138]
 以上本発明者によってなされた発明を実施の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の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と考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、上述の実施形態における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。
[0139]
 例えば、印刷部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することができる。
[0140]
 また、制御部104も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を用いるようにしてもよい。
[0141]
 また、3次元センサを、照明部と2次元カメラで構成する場合に、立体物10の3次元姿勢の決定は、描画面の陰影データと予め記憶してある立体物の3次元姿勢に対応した陰影データとの比較演算によって行うようにしてもよい。
[0142]
 また、立体物に対する照射角が異なる複数の照明部(LEDライト250、260等)を設け、順次、照明工程と2次元カメラによる撮影工程を繰り返して行い、得られた複数の撮影結果から立体物の立体姿勢を検出するようにしてもよい。

請求の範囲

[請求項1]
 立体物印刷システムであって、
 印刷対象としての立体物を載置するための印刷テーブルと、
 前記印刷テーブル上に載置された前記立体物の位置と向きを検出するための検出部と、
 前記検出部による前記立体物の位置と向きの検出結果に基づいて、前記立体物に対応させた印刷データを生成するための印刷データ生成部と、
 前記印刷データ生成部で生成された前記印刷データにより、前記立体物への印刷を実行するための印刷部と、
 前記検出部と、前記印刷データ生成部と、前記印刷部との動作を制御するための制御部と
を備えることを特徴とする立体物印刷システム。
[請求項2]
 請求項1に記載の立体物印刷システムであって、
 前記検出部は、光学センサを備える
ことを特徴とする立体物印刷システム。
[請求項3]
 請求項2に記載の立体物印刷システムであって、
 前記印刷テーブルには、前記光学センサで検出可能な検出基準が形成されている
ことを特徴とする立体物印刷システム。
[請求項4]
 請求項3に記載の立体物印刷システムであって、
 前記検出部は、前記立体物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指示部を備え、
 前記検出部は、前記立体物について前記指示部で指示された前記検出ポイントの位置と前記検出基準の位置を検出し、
 前記制御部は、検出された前記検出ポイントの位置と前記検出基準の位置に基づいて、前記印刷テーブル上における前記立体物の位置と回転角を算出する
ことを特徴とする立体物印刷システム。
[請求項5]
 請求項4に記載の立体物印刷システムであって、
 前記制御部は、算出された前記立体物の位置と回転角に関するデータと、予め取得した前記立体物の姿勢に関するデータとに基づくパターンマッチングによって、前記立体物の姿勢を判定する
ことを特徴とする立体物印刷システム。
[請求項6]
 請求項5に記載の立体物印刷システムであって、
 前記印刷データ生成部は、
  前記制御部で判定された前記立体物の姿勢と、前記立体物の表面に印刷する描画情報とに基づいて、第1の印刷データを生成する第1データ生成部と、
  前記検出部で検出された前記立体物の位置と回転角に応じて前記第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第2データ生成部と
を備える
ことを特徴とする立体物印刷システム。
[請求項7]
 請求項6に記載の立体物印刷システムであって、
 前記印刷テーブルに載置された前記立体物の高さを検出するための高さ検出部を更に備え、
 前記印刷データ生成部は、前記高さ検出部で検出された前記立体物の高さに基づいて、前記第2の印刷データを補正する
ことを特徴とする立体物印刷システム。
[請求項8]
 請求項6に記載の立体物印刷システムであって、
 前記光学センサは、印刷テーブルに載置された前記立体物の3次元の姿勢情報を取得する3次元センサを備え、
 前記第1データ生成部は、前記3次元センサによる検出結果に基づいて前記第1の印刷データを生成し、
 前記第2データ生成部は、前記3次元センサ或いは他の検出部で取得された前記立体物の位置と回転角に応じて前記第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
ことを特徴とする立体物印刷システム。
[請求項9]
 請求項2に記載の立体物印刷システムであって、
 前記光学センサは、前記立体物の表面への印刷状態を検出し、
 前記制御部は、前記印刷状態の検出結果に基づいて印刷の良否を判定する
ことを特徴とする立体物印刷システム。
[請求項10]
 請求項1に記載の立体物印刷システムであって、
 前記印刷テーブルは、前記立体物を載置して上流側から下流側に移動可能なベルトを備えたベルトコンベアを備える
ことを特徴とする立体物印刷システム。
[請求項11]
 請求項10に記載の立体物印刷システムであって、
 前記検出部は、前記印刷部よりも上流側に配置されている
ことを特徴とする立体物印刷システム。
[請求項12]
 請求項6に記載の立体物印刷システムであって、
 前記印刷部は、インクジェット式の印刷ヘッドを備えた印刷装置を備え、
 前記印刷データ生成部は、前記印刷ヘッドから射出されるインク粒子の飛翔角と、前記立体物の描画面の形状とに基づいて、最適化した印刷データを生成する第3データ生成部を更に備え、
 前記制御部は、前記第3データ生成部で最適化した印刷データに基づいて前記印刷装置を制御する
ことを特徴とする立体物印刷システム。
[請求項13]
 請求項8に記載の立体物印刷システムであって、
 前記3次元センサは、2次元センサと、前記立体物を照らす照明部とを備え、
 前記2次元センサは、前記照明部によって形成される前記立体物の描画面の陰影を検出して前記立体物の3次元姿勢を取得する
ことを特徴とする立体物印刷システム。
[請求項14]
 立体物印刷方法であって、
 印刷テーブル上に載置された立体物の位置と向きを検出する検出過程と、
 検出された前記立体物の位置と向きに基づいて前記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過程と、
 生成された印刷データにより、前記立体物への印刷を実行する印刷過程と
を含むことを特徴とする立体物印刷方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]

[ 図 15]

[ 図 16]

[ 図 17]

[ 図 18]

[ 図 19]

[ 図 20]

[ 図 21]

[ 図 22]

[ 図 23]

[ 図 24]

[ 図 25]