JP2025051088A - Three-dimensional object printing system and three-dimensional object printing method - Google Patents
Three-dimensional object printing system and three-dimensional object printing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2025051088A JP2025051088A JP2023160003A JP2023160003A JP2025051088A JP 2025051088 A JP2025051088 A JP 2025051088A JP 2023160003 A JP2023160003 A JP 2023160003A JP 2023160003 A JP2023160003 A JP 2023160003A JP 2025051088 A JP2025051088 A JP 2025051088A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- printing
- dimensional object
- detection
- print data
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Ink Jet (AREA)
Abstract
Description
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。 The present invention relates to a three-dimensional object printing system and a three-dimensional object printing method.
従来、立体メディア(立体物)の曲面プリント面に、画像をほぼ均一濃度に見えるようにプリントできるインクジェットプリンタとそれを用いたプリント方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, there are known inkjet printers and printing methods using the same that can print images on the curved print surface of three-dimensional media (three-dimensional objects) in a manner that makes the images appear to have a substantially uniform density (see, for example, Patent Document 1).
また、立体物の回転制御が不要であり、固定治具を用いることなしに高精細な印刷を行うことが可能な立体物印刷システムおよび立体物印刷方法も提案されている(例えば、特許文献2、3参照)。 In addition, a three-dimensional object printing system and a three-dimensional object printing method have been proposed that do not require rotational control of the three-dimensional object and can perform high-resolution printing without using a fixed jig (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
特許文献1は、立体物ごとに回転制御が必要で、生産性が著しく低いという課題があった。特許文献2は、検出基準マークを基準に立体物が載置されている位置を求めて印刷するもので、印刷位置と検出基準マークとの位置関係の誤差が原因で、印刷位置精度が悪いといった問題が生じていた。
一方、特許文献3は、印刷位置と検出基準マークとの誤差を改善するために、該印刷テーブルに印刷された複数の検出基準を設けるものであった。この特許文献3の技術においては、他の技術に比べて安定して精度のよい印刷を生産性良く得ることができた。 On the other hand, in Patent Document 3, multiple detection standards are printed on the printing table to improve the error between the printing position and the detection standard mark. With the technology in Patent Document 3, it is possible to obtain stable, accurate printing with good productivity compared to other technologies.
しかし、この技術においては、検出基準と立体物を印刷する印刷位置との関係が一定であることが印刷位置精度を保つ上で必要だが、印刷する印刷位置の繰り返し再現性に依存して印刷位置誤差が生じる問題があった。特に、長期間印刷を継続したり、一定時間印刷動作を休止した後に生じる誤差が問題であった。 However, with this technology, a constant relationship between the detection standard and the printing position where the three-dimensional object is printed is necessary to maintain printing position accuracy, but there is a problem with printing position errors that depend on the repeatability of the printing position. In particular, errors that occur after continuing printing for a long period of time or pausing printing for a certain period of time are problematic.
また、この誤差の問題を、生産性を犠牲にすることなく解決する方法として、立体物の印刷と同時に検出基準を印刷する方法が考えられる。しかし、生産性に優れた印刷手段であるフラットベッド型のインクジェットプリンタなどの場合には、印刷テーブルに載置された立体物を印刷する際のインクジェットヘッド(走査印刷ヘッド)から検出基準を印刷する面の印刷テーブルまでの距離が離れて、検出基準マークの印刷が鮮明に印刷できない欠点があった。 One way to solve this error problem without sacrificing productivity is to print the detection standard at the same time as printing the three-dimensional object. However, in the case of flatbed inkjet printers, which are printing means with excellent productivity, there is a drawback in that the distance from the inkjet head (scanning print head) when printing a three-dimensional object placed on the print table to the print table on which the detection standard is printed is large, making it difficult to print the detection standard mark clearly.
ところが、従来の立体物印刷システムおよび立体物印刷方法では、立体物が載置される印刷テーブル上に印刷された複数の検出基準マークに基づいて、立体物の位置を特定するものであった。印刷テーブル上への検出基準マークの印刷は、立対物の印刷テーブル上への載置を制限し、場合によっては、立対物の位置を特定する際に影響を及ぼすことがあった。 However, in conventional three-dimensional object printing systems and methods, the position of a three-dimensional object is identified based on multiple detection reference marks printed on a printing table on which the three-dimensional object is placed. Printing the detection reference marks on the printing table restricts the placement of an object on the printing table, and in some cases, this can affect the identification of the object's position.
即ち、検出基準マークを印刷により設けるようにした場合、特に、検出基準マークの近傍の立体物にあっては、立体物の表面に設定される、当該立体物の向きなどを検出するための検出ポイントまでの検出手段からの距離が、検出手段から検出基準マークまでの距離と異なってくる。例えば、検出手段として、視野角が影響する光学系の場合や、焦点深度が浅い光学系を備えている場合、距離が異なることで検出基準マークと検出ポイントとの位置関係の検出に誤差が生じやすいなどの問題が生じていた。 In other words, when a detection reference mark is provided by printing, particularly for a three-dimensional object near the detection reference mark, the distance from the detection means to a detection point set on the surface of the three-dimensional object for detecting the orientation of the three-dimensional object will differ from the distance from the detection means to the detection reference mark. For example, when the detection means is an optical system that is affected by the viewing angle, or an optical system with a shallow focal depth, the difference in distance can easily lead to problems such as errors in detecting the positional relationship between the detection reference mark and the detection point.
このような誤差を回避するために、印刷テーブルの載置面から立体物上の検出ポイントまでの距離(高さ)とほぼ等しい位置に検出基準マークを印刷することが考えられる。 To avoid such errors, it is possible to print a detection reference mark at a position approximately equal to the distance (height) from the placement surface of the printing table to the detection point on the three-dimensional object.
しかしながら、印刷対象となる立体物ごとに、検出基準マークの印刷された高さを調整して印刷する必要があるため、生産性拡大の弊害となるなどの問題があった。 However, the height of the detection reference mark must be adjusted for each three-dimensional object to be printed, which creates problems such as a hindrance to increasing productivity.
また、立体物の検出ポイントと検出基準マークの印刷された高さとが検出手段の焦点深度や視野角などの理由で問題とならない場合でも、印刷した検出基準マークの印刷が汚れたり、擦れたりなどの経時劣化が検出基準の誤差の原因になるなど、印刷した検出基準マークの場合にも欠点があった。 Even if the difference between the detection point of a three-dimensional object and the printed height of the detection reference mark does not pose a problem due to the focal depth or field of view of the detection means, the printed detection reference mark still has drawbacks, such as the deterioration over time of the print being dirty or rubbed off, which can cause errors in the detection standard.
本発明は上記の事情に鑑み、立体物に対する印刷の精度を簡単に向上でき、生産性を容易に拡大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。 In view of the above circumstances, the present invention aims to provide a three-dimensional object printing system and a three-dimensional object printing method that can easily improve the printing accuracy on three-dimensional objects and easily increase productivity.
前記課題を解決するため、本発明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印刷テーブルと、該印刷テーブル上に固定された検出基準と、該検出基準の位置および前記立体物の表面に設定された複数の検出ポイントの位置を検出する検出手段と、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手段と、該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、前記立体物への印刷を実行する印刷手段と、前記検出手段、前記印刷データ生成手段および前記印刷手段の動作を制御する制御手段と、を備え、前記印刷データ生成手段は、前記検出手段によって検出された前記検出基準の位置と印刷基準点とに基づいて印刷位置の補正値を算出し、算出した前記補正値を前記立体物の位置と回転角との算出に反映させるとともに、前記補正値が反映された前記立体物の位置と回転角とにしたがって前記印刷データを生成することを要旨とする。 In order to solve the above problem, the three-dimensional object printing system of the present invention includes a printing table on which a three-dimensional object to be printed is placed, a detection reference fixed on the printing table, a detection means for detecting the position of the detection reference and the positions of multiple detection points set on the surface of the three-dimensional object, a print data generation means for generating print data corresponding to the three-dimensional object, a print means for executing printing on the three-dimensional object using the print data generated by the print data generation means, and a control means for controlling the operation of the detection means, the print data generation means, and the print means, and the print data generation means calculates a correction value for the print position based on the position of the detection reference and the print reference point detected by the detection means, reflects the calculated correction value in the calculation of the position and rotation angle of the three-dimensional object, and generates the print data according to the position and rotation angle of the three-dimensional object reflected by the correction value.
本発明に係る立体物印刷方法は、印刷テーブル上に載置された立体物の表面に設定された検出ポイントの位置および前記印刷テーブルに固定された検出基準の位置を検出する検出工程と、検出された前記検出基準の位置および前記検出ポイントの位置に基づいて、前記立体物の位置と回転角を算出する算出工程と、検出された前記検出基準の位置と印刷基準点とに基づいて印刷位置の補正値を算出し、算出した前記補正値を前記立体物の位置と回転角との算出に反映させるとともに、前記補正値が反映された前記立体物の位置と回転角とにしたがって印刷データの生成を制御する制御工程と、前記補正値が反映された前記立体物の位置と回転角とに基づいて、前記立体物に対応させた印刷データを生成する生成工程と、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印刷工程と、を備えることを要旨とする。 The three-dimensional object printing method according to the present invention includes a detection step of detecting the position of a detection point set on the surface of a three-dimensional object placed on a printing table and the position of a detection reference fixed to the printing table, a calculation step of calculating the position and rotation angle of the three-dimensional object based on the detected positions of the detection reference and the detection point, a control step of calculating a correction value for the printing position based on the detected positions of the detection reference and the printing reference point, reflecting the calculated correction value in the calculation of the position and rotation angle of the three-dimensional object, and controlling the generation of print data according to the position and rotation angle of the three-dimensional object reflecting the correction value, a generation step of generating print data corresponding to the three-dimensional object based on the position and rotation angle of the three-dimensional object reflecting the correction value, and a printing step of executing printing on the three-dimensional object using the generated print data.
本発明によれば、立体物に対する印刷の精度を簡単に向上でき、生産性を容易に拡大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。 The present invention provides a three-dimensional object printing system and a three-dimensional object printing method that can easily improve the printing accuracy on three-dimensional objects and increase productivity.
以下に、本発明の実施の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ついて、図面を参照して説明する。なお、添付の図面において、同一部分には同一または類似の符号を付し、詳しい説明は省略する。また、ここでの説明は、本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。 Below, a three-dimensional object printing system and a three-dimensional object printing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that in the attached drawings, identical parts are given the same or similar reference numerals, and detailed explanations will be omitted. Also, the description here is the best mode for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to this mode.
実施形態
図1および図2を参照して、本実施形態に係る立体物印刷システムS1の構成について説明する。
1 and 2, the configuration of a three-dimensional object printing system S1 according to this embodiment will be described.
なお、図1は、本実施形態に係る立体物印刷システムS1の全体構成を機能ブロック化して示すものであり、図2は、本実施形態に係る立体物印刷システムS1の構成を概略的に示すものである。 Note that FIG. 1 shows the overall configuration of the three-dimensional object printing system S1 according to this embodiment in functional blocks, and FIG. 2 shows a schematic diagram of the configuration of the three-dimensional object printing system S1 according to this embodiment.
立体物印刷システムS1について
図1,図2に示すように、この立体物印刷システムS1は、印刷対象としての同一の立体物10,10,…を同時に複数載置できる印刷テーブルTを備えている。この印刷テーブルTの上方には、印刷テーブルT上に載置された各立体物10,10,…の位置および向き(回転角)を検出する検出手段101と、印刷データに応じて各立体物10,10,…への印刷を実行する印刷手段103の走査印刷ヘッド130と、が設けられている。
1 and 2, the three-dimensional object printing system S1 is equipped with a printing table T on which a plurality of identical three-
また、立体物印刷システムS1は、検出手段101による検出結果に基づいて、各立体物10,10,…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102を備えている。さらには、検出手段101、印刷データ生成手段102、および、印刷手段103の各動作を制御する制御手段104を備えている。
The three-dimensional object printing system S1 also includes a print data generation means 102 that generates print data corresponding to each of the three-
検出手段101について
ここで、検出手段101は、印刷テーブルTに載置された各立体物10,10,…の3次元の姿勢情報などを取得する、デジタルカメラ、3次元センサやコンタクトイメージセンサ(CIS)、レーザー測長器などの光学センサ200で構成することができる。
Regarding the detection means 101, the detection means 101 can be composed of an
検出手段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設定する指示手段105を備えている。つまり、検出手段101は、各立体物10,10,…の3次元の姿勢情報を取得するために、各立体物10,10,…について、指示手段105で設定された検出ポイントの位置を検出する。
The detection means 101 includes a designation means 105 that sets a number of detection points in advance on the surface of the three-
また、検出手段101は、印刷テーブルT上に予め固定された検出基準マーク(読み取り基準点)15の位置を検出するようになっている(詳細については、後述する)。 The detection means 101 is also configured to detect the position of a detection reference mark (reading reference point) 15 that is pre-fixed on the printing table T (details will be described later).
制御手段104について
制御手段104は、検出手段101で検出された検出ポイントの位置および検出基準マーク15の位置に基づいて、印刷テーブルT上における各立体物10,10,…の位置および回転角を算出するものである。
Regarding the
また、制御手段104は、算出した各立体物10,10,…の位置および回転角に関するデータと、予め取得した立体物10の3次元の姿勢情報に関するデータと、に基づくパターンマッチングによって、各立体物10,10,…の姿勢を判定するようにできる。
The control means 104 can also determine the posture of each of the three-
本実施形態において、制御手段104は、ワークステーション104Aなどによって構成することができる。
In this embodiment, the control means 104 can be configured by a
印刷データ生成手段102について
印刷データ生成手段102は、制御手段104で判定された各立体物10,10,…の姿勢と、立体物10の表面に印刷する描画(印刷)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1生成手段102Aを備えている。また、印刷データ生成手段102は、検出手段101で検出された各立体物10,10,…の位置および回転角に応じて、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第2生成手段102Bを備えている。
Regarding the print data generating means 102 The print data generating means 102 includes a first generating means 102A that generates first print data (drawing data) based on the posture of each of the three-
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などで構成することができる。
The print data generation means 102 can be configured with a
印刷手段103について
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などによって構成することができる。
Regarding the
ここで、印刷テーブルTに載置された各立体物10,10,…について、その高さ(厚み)を検出する高さ情報検出手段を、さらに備えるようにしても良い。この場合、印刷データ生成手段102において、高さ情報検出手段で検出された各立体物10,10,…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。
Here, a height information detection means may be further provided for detecting the height (thickness) of each of the three-
また、光学センサが、印刷テーブルTに載置された各立体物10,10,…の3次元の姿勢情報を取得するレーザー測長器を備えたデジタルカメラなどの3次元センサで構成される場合には、第1生成手段102Aにおいて、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生成手段102Bにおいて、各立体物10,10,…の位置と回転角とに応じて第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良い。
In addition, if the optical sensor is configured as a three-dimensional sensor such as a digital camera equipped with a laser length measuring device that obtains three-dimensional posture information of each three-
印刷結果の検品について
また、検出手段101によって、各立体物10,10,…の表面への印刷状態を検出するとともに、制御手段104によって、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良い。
Regarding inspection of the printing results, the detection means 101 may detect the printing condition on the surface of each of the three-
第1生成手段102Aの処理について
以下に、第1生成手段102Aでの処理の詳細について説明する。
Processing by
まず、第1生成手段102Aには、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の表面に施す彩色および描画(印刷)に関する描画情報を有するデザインデータと、が入力される。3DCADデータには、印刷テーブルT上の姿勢情報が含まれている。
First, the first generating means 102A receives 3D CAD data having three-dimensional shape information about the three-
なお、印刷データ生成手段102の第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決定するようにできる。
In addition, the most stable posture on the printing table T can be determined from the 3D CAD data on the operation screen of the
次いで、印刷テーブルT上の立体物10の姿勢情報に対応した3DCADデータとデザインデータとが合成されて、平行光透視像の条件で、2次元レンダリングデータの抽出が行われる。
Next, the 3D CAD data corresponding to the orientation information of the three-
この後、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とから、描画データとしての第1の印刷データが生成される。 After this, the first print data is generated as drawing data from the extracted two-dimensional rendering data and the depth information corresponding to the rendering data.
より具体的には、一般的に印刷手段103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、保存された特性を参照して、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の生成が行われる。 More specifically, since the printing means 103 generally prints two-dimensional data on a plane, the printing characteristics for depths away from the plane are different from the printing characteristics on the plane. These depth printing characteristics that differ from the plane are stored in advance, and the stored characteristics are referenced to generate optimal drawing data from the depth information that corresponds to the rendering data.
例えば、インクジェットプリンタの場合には、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印刷レンダリングデータを拡張することにより最適な描画データとされる。 For example, in the case of an inkjet printer, the printing characteristics with respect to depth depend on the flight characteristics of the ink droplets. Therefore, to compensate for the disturbance in printing characteristics caused by poor landing accuracy of ink droplets at relatively distant positions, the print rendering data is expanded to create optimal drawing data for contours with depth.
印刷レンダリングデータの生成手順について
ここで、図3から図5を参照して、本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。なお、ここでは、印刷対象である立体物10として、マスコット人形D1を例示して説明する。
3 to 5, a procedure for generating print rendering data in the three-dimensional object printing system S1 according to the present embodiment will be described. Note that, in this example, a mascot doll D1 is used as an example of the three-
まずは、図3に示すように、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400上で、マウスなどのポインティングデバイスを用いて、マスコット人形D1(D1a~D1d)の向きなどが操作されて、マスコット人形D1の姿勢が決定される(その1)。
First, as shown in FIG. 3, the orientation of mascot doll D1 (D1a to D1d) is determined by operating a pointing device such as a mouse on the operation screen 400 of the
次いで、図4に示すように、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などの例では、服のデザインデータ)W1とが、操作画面400上で合成される(その2)。 Next, as shown in FIG. 4, the 3D CAD data of the mascot doll D1 in the determined pose and the design data (clothing design data in the example of FIG. 4) W1 are combined on the operation screen 400 (part 2).
こうして、図5に示すように、平行光透視像の条件で、2次元レンダリングデータの抽出が行われて、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と、から描画データW1aが生成される(その3)。 In this way, as shown in FIG. 5, two-dimensional rendering data is extracted under the condition of a parallel light perspective image, and drawing data W1a is generated from this two-dimensional rendering data and the depth information corresponding to this rendering data (part 3).
検出手段101の具体例について
以下に、図6を参照して、検出手段101の構成について具体的に説明する。
Concrete Example of
図6は、本実施形態に係る立体物印刷システムS1の検出手段101を、コンタクトイメージセンサ(CIS)で構成した場合を例に示すものである。 Figure 6 shows an example in which the detection means 101 of the three-dimensional object printing system S1 according to this embodiment is configured using a contact image sensor (CIS).
この場合、印刷テーブルTの上方には、印刷テーブルTの一方向(例えば、Y方向)に沿って、CIS200がライン状に配置されている。
In this case, the
CIS200は、走査レール201に沿って、印刷テーブルTの上方を他方向(例えば、X方向)に移動できるように設けられており、その移動に伴って、印刷テーブルTの載置面上を光学的に走査する。
The
また、印刷テーブルTの上方には、走査印刷ヘッド130が備えられており、Y方向への走査手段であるスライダ301とX方向への走査手段とによって移動しながら、印刷テーブルTの全面を印刷する。
A
一方、印刷テーブルTには、例えば図7に示すように、CIS200で検出可能な検出基準マーク15が、印刷テーブルTの載置面の対角する二隅(または、四隅)に、印刷テーブルTの載置面から検出手段101に近い方向に突出して取り付け固定されている。つまり、検出基準マーク15は、印刷テーブルTのテーブル面上に突出するようにして固定されている。
On the other hand, as shown in FIG. 7, for example, detection reference marks 15 that can be detected by the
検出基準マーク15が検出手段101に近い方向に突出して固定されることによって、検出基準マーク15と立体物10との検出ポイントの検出手段101からの距離が近づくため、検出手段101の光学センサ200の焦点深度による誤差が小さくなる効果を得ることができる。
By fixing the
なお、検出基準マーク15は載置面の所定の位置であれば良く、単数であっても良い。また、この検出基準マーク15は、印刷手段103で印刷されるものでも良いが、印刷領域外に配置することも可能であり、立体物10の印刷や載置に影響しない位置とすることができる。
The
ここで、印刷手段103をUVインクジェットプリンタとした場合、その印刷データは、印刷テーブルT上の立体物10の位置に合致した位置となるように生成される必要がある。
Here, if the printing means 103 is a UV inkjet printer, the print data needs to be generated so that the position matches the position of the three-
描画(印刷)位置精度は、事前の調査結果に基づく目標値として200μとし、UVインクジェットプリンタの印刷テーブルT上の立体物10の位置を100μの精度、回転角を1度の精度で検出可能としている。
The target drawing (printing) position accuracy is set at 200μ based on the results of a preliminary investigation, and the position of the three-
また、CIS200は、画素数が1万7000のラインセンサで構成され、走査レール201に沿って、印刷テーブルT上を読み取るように移動される。
The
そして、ワークステーション104Bに格納されている読み取り信号処理演算ソフトウェアの処理によって、CIS200による立体物10の基準点(後述する)の指定、および、読み取りの結果から立体物10の印刷テーブルT上の位置と回転角とが演算される。
Then, the
なお、読み取り時の振動などの影響で結果に誤差が生じないように走査レール201の加速減速制御を行い、検出(読み取り)時間の短縮と読み取り精度の安定とを両立させることも有効である。また、本実施形態においては、CIS200の走査時間は1~4秒程度とした。
It is also effective to control the acceleration and deceleration of the
また、上述したように、CIS200を、画素数が1万7000のラインセンサとした場合においては、印刷テーブルTの大きさは、700mm(Y方向)×500mm(X方向)とされている。
As described above, when the
そして、印刷テーブルTの載置面と平行な平面を移動するCIS200は、立体物10の高さに応じて、例えば、立体物10の高さが0.5cm~2cm程度の場合は、印刷テーブルTから4cmのところに配置されている。
The
一方、図17に示す例のように、縮小光学系を備えた2次元のデジタルカメラを用いる場合、検出手段200は、印刷テーブルTから約80cmのところに配置されている。 On the other hand, when using a two-dimensional digital camera equipped with a reduction optical system, as in the example shown in Figure 17, the detection means 200 is positioned approximately 80 cm from the printing table T.
この例では、高さ誤差0.5mmの影響が読み取り誤差0.05mmの範囲内となるよう、視野角が5.7度以下を満たすように設計することが好ましい。こうすることで、視野角の影響による誤差を小さくするために、視野角を小さくすることができる。 In this example, it is preferable to design the viewing angle to be 5.7 degrees or less so that the effect of a height error of 0.5 mm is within the range of a reading error of 0.05 mm. In this way, the viewing angle can be made small to reduce errors caused by the influence of the viewing angle.
印刷位置補正(印刷基準点cを用いて、印刷位置の補正値を算出する方法)について
以下に、印刷基準点cを設けることによって、高精度に立体物10への印刷位置を決定する方法について具体的に説明する。
Regarding print position correction (method of calculating print position correction value using print reference point c) A method of determining the print position on the three-
検出手段101として用いる、光学センサであるCIS200で読み取る立体物10の印刷テーブルT上の位置情報は、印刷手段103の印刷位置を決定する仮想印刷基準座標と精度良く一致させる必要がある(詳細は後述)。
The position information of the three-
例えば、印刷テーブルTの載置面には、図6では対角線上に2つ、図9では4つの検出基準マーク15が取り付け固定されている。つまり、検出基準マーク15は、印刷テーブルTの四隅に対応して、それぞれ取り付け固定されている。 For example, two detection reference marks 15 are attached and fixed diagonally on the mounting surface of the printing table T in FIG. 6, and four detection reference marks 15 are attached and fixed in FIG. 9. In other words, the detection reference marks 15 are attached and fixed to correspond to the four corners of the printing table T.
そして、図9で示す印刷テーブルT上には、印刷基準点cを所定の位置に印刷する(この場合、印刷テーブルT上に印刷用シートを固定して、印刷基準点cを印刷するようにしても良い)。印刷位置を検出するために、複数の印刷基準点cを印刷する。 Then, a printing reference point c is printed at a predetermined position on the printing table T shown in FIG. 9 (in this case, the printing sheet may be fixed on the printing table T and the printing reference point c may be printed). In order to detect the printing position, multiple printing reference points c are printed.
そして、図18に示すように、印刷基準点cを印刷した後、各印刷基準点cの印刷テーブルT上の仮想印刷座標を算出し、検出基準マーク15に基づく、検出基準点cの仮想座標との関係を決定する。 Then, as shown in FIG. 18, after printing the printing reference points c, the virtual printing coordinates of each printing reference point c on the printing table T are calculated, and the relationship with the virtual coordinates of the detection reference points c based on the detection reference marks 15 is determined.
即ち、本実施形態においては、検出基準マーク15と印刷基準点cとの位置関係に基づいて、検出基準マーク15により決定される仮想座標上の印刷目標位置と実際の印刷位置とのズレを印刷位置補正値として求める。そして、その印刷位置補正値を、第2の印刷データの生成に反映させることで、立体物10に対する印刷を常に安定して行うことが可能となる。
In other words, in this embodiment, based on the positional relationship between the
より具体的には、例えば印刷位置補正用のシートを印刷テーブルTに固定して、印刷基準点cを印刷し、印刷された印刷基準点cと検出基準マーク15との位置関係を検出し、前述したように仮想座標上の印刷目標位置と実際の印刷位置とのズレを印刷位置補正値として求めることができる。
More specifically, for example, a sheet for print position correction is fixed to the print table T, a print reference point c is printed, and the positional relationship between the printed print reference point c and the
印刷基準点cの印刷は、例えば図9や図10に示す通りである。即ち、図9では、印刷基準点cを中心点にもつ円を複数印刷した。また、図10では、印刷基準点cから等間隔の位置(4か所)に中心点を持つ4つの円を印刷したものを複数印刷した。 The printing reference point c is printed, for example, as shown in Figures 9 and 10. That is, in Figure 9, multiple circles with the printing reference point c as their center point are printed. Also, in Figure 10, multiple prints are made with four circles with center points at equal intervals (four locations) from the printing reference point c.
そして、上述した通り、これらの印刷した印刷基準点cを中心とする円を光学センサ200で検出し、パターンマッチングなどの画像処理を利用して円の中心点を求め、仮想座標である仮想印刷基準座標上の印刷目標位置と実際の印刷位置とのズレを印刷位置補正値として求める。
Then, as described above, a circle centered on these printed printing reference points c is detected by the
これにより、高精度に印刷手段103の印刷基準と検出手段101の検出基準とを一致させることができる。また、印刷基準点cの検出結果から、印刷全領域での、縮倍率や直行性の誤差も反映することが可能であり、印刷テーブルTの全域で高精度印刷が可能となる。 This allows the printing reference of the printing means 103 to match the detection reference of the detection means 101 with high accuracy. In addition, the detection results of the printing reference point c can also reflect errors in reduction ratio and straightness in the entire printing area, making it possible to print with high accuracy over the entire area of the printing table T.
以上、印刷基準点cを印刷手段103で印刷する例について説明したが、印刷手段103による印刷位置に該当する基準点であれば良く、例えば印刷ヘッド130を走査するリニアエンコーダの基準点を用いても良い。
The above describes an example in which the printing reference point c is printed by the printing means 103, but any reference point that corresponds to the printing position by the printing means 103 can be used, for example, the reference point of a linear encoder that scans the
陰影検出について
また、CIS200による読み取り情報から各立体物10,10,…の位置と回転角(印刷テーブルTの平面内での回転角)とを高精度かつ短時間で決定するために、例えば図11に示すように、立体物10の表面の凹凸による陰影の2か所以上の特徴点が検出ポイントP1,P2として設定されて、検出ポイントP1,P2を明るさ閾値で特定し、予め登録した輪郭パターンと一致する陰影パターンの位置と回転角を検出する。
Regarding shadow detection, in order to determine the position and rotation angle (rotation angle within the plane of the printing table T) of each three-
具体的には、例えば図11(a)に示すように、立体物10の表面である人形の顔に口などを印刷する場合を例に説明すると、上述したように、マスコット人形D1の輪郭情報によらず、人形の顔の陰影に関する情報(陰影パターンQ)を取得するために、図11(b)に示すように、2か所の陰影の特徴点が検出ポイントP1,P2として設定される。
Specifically, for example, as shown in FIG. 11(a), in the case where a mouth and the like are printed on the face of a doll, which is the surface of a three-
そして、例えば図11(c)に示すように、CIS200の読み取り情報から、明るさ閾値を用いて陰影パターンQの特定が行われる。
Then, as shown in FIG. 11(c), for example, a shadow pattern Q is identified from the read information of the
その後、特定した陰影パターンQの特徴点を検出ポイントP1,P2の検出位置に対応する位置に重畳させて、陰影パターンの座標位置(x,y)と回転角(θ)を決定する(例えば、図8(a)参照)。 Then, the identified feature points of the shadow pattern Q are superimposed on positions corresponding to the detection positions of the detection points P1 and P2 to determine the coordinate position (x, y) and rotation angle (θ) of the shadow pattern (see, for example, FIG. 8(a)).
他に、検出ポイントはP1のような特徴点や陰影で示される凹凸の輪郭線上の特徴点に加え、点ではなく、連続する凹凸輪郭線形状の特徴を用いても良い。例えば、図11(a)に示す立体物10の表面の形状に応じて、図12(a)に示すように、立体物10の表面に検出される凹凸による陰影輪郭曲線の破線を検出し、そのうちの検出を指定する輪郭線(実線)を図12(b)に示すように特定し、図12(c)に示すように、実線の輪郭線を結合して閉領域(太実線)を自動計算し、その重心座標を決定することもできる。
In addition to the feature points such as P1 and the feature points on the uneven contour line shown by shading, the detection points may be features of a continuous uneven contour line shape rather than points. For example, according to the surface shape of the three-
または、陰影の特徴点を検出ポイントに、輪郭の特徴点を検出ポイントに、それぞれ組み合わせても良い。 Alternatively, the feature points of the shadows can be combined as detection points, and the feature points of the contours can be combined as detection points.
なお、本発明において、立体物10の表面に設定された検出ポイントの位置を検出するとは、上述した立体物10の表面形状に応じて陰影で示される凹凸の輪郭線上に特徴点として設定した検出ポイントの位置を検出する方法に留まらず、例えば図13に示すように、立体物10の輪郭にある特徴点を検出しても良く、また、これらを組み合わせて利用することもできる。
In the present invention, detecting the position of a detection point set on the surface of a three-
本実施形態においては、立体物10の印刷テーブルT上の位置(x,y)と姿勢(印刷テーブルTの平面内での回転角θ)とを検出するために、2点以上の検出ポイントP1,P2が設定される。
In this embodiment, two or more detection points P1 and P2 are set to detect the position (x, y) and orientation (rotation angle θ in the plane of the printing table T) of the three-
例えば、図8(a)に示した例では、印刷テーブルTの各エリアA1~A4に対し、5~6個の立体物10がランダムな方向で載置されている。
For example, in the example shown in FIG. 8(a), five to six three-
ここで、エリアA4を例にすると、例えば図8(b)に示すように、各立体物10a~10eについて、検出基準マーク15と、例えば図11(b)に示す陰影パターンQとに基づいて、位置(x,y)と回転角(θ)とが、それぞれ決定される。
Here, taking area A4 as an example, as shown in FIG. 8(b), for each of the three-
このようにして、取得された印刷テーブルT上に配置された全ての立体物10,10,…の各々の位置(x,y)および回転角(θ)の情報は、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に転送される。
In this way, the information on the position (x, y) and rotation angle (θ) of each of all the three-
これにより、第2生成手段102Bにおいて、各立体物10,10,…の位置(x,y)および回転角(θ)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の印刷データの生成が行われる。
As a result, in the second generation means 102B, the first print data is rotated according to the position (x, y) and rotation angle (θ) of each three-
また、図8(a)に示した例では、各立体物10,10,…は印刷テーブルTの各エリアA1~A4内に載置されているが、いくつかのエリアA1~A4を跨った位置に載置された立体物10の場合であっても、各処理をエリア結合させることで同様に可能となる。
In the example shown in FIG. 8(a), each three-
さらに、立体物10の種類が複数あり、それぞれの立体物10の種類ごとに異なる描画データがある場合でも、本発明の適用により同様に高精度の印刷を行うことができる。
Furthermore, even if there are multiple types of three-
(陰影検出)印刷例について
例えば、図14(a)に示すように、複数の立体物10,10,…が印刷テーブルT上に載置されたとする。
(Shadow Detection) Print Example For example, assume that a plurality of three-
この際、各立体物10,10,…は、事前に決められた印刷テーブルT上での姿勢を維持可能であれば、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10,10,…の数量(個数)も、印刷テーブルT上に載置できる範囲内であれば制限はない。
In this case, as long as each of the three-
そして、各立体物10,10,…について、上述の手法により位置と回転角とが検出されて、その結果に基づいて生成された印刷データにより印刷手段103が駆動されることによって、各立体物10,10,…への印刷が実行される。これにより、図14(b)に示すように、所定の印刷が良好に施された複数の印刷物10Aを得ることができる。
Then, the position and rotation angle of each of the three-
以上述べたように、本実施形態に係る立体物印刷システムS1によれば、印刷物を得るまでの試行錯誤を不要とすることができるなど、立体物10に対する印刷の精度を簡単に向上でき、生産性を容易に拡大できる。
As described above, the three-dimensional object printing system S1 according to this embodiment can easily improve the accuracy of printing on the three-
即ち、検出基準マーク15と印刷基準点cとの位置関係に基づいて、検出基準マーク15により決定される仮想座標上の印刷目標位置と実際の印刷位置とのズレを印刷位置補正値として求め、第2の印刷データの生成に反映させるようにしている。
That is, based on the positional relationship between the
これにより、印刷対象となる立体物10ごとに、印刷データや検出基準点cの印刷面(印刷面)を調整したりすることなしに、印刷テーブルT上に載置される立体物10の位置によらず、立体物10に対する印刷の精度を容易に担保することが可能となるものである。
This makes it possible to easily ensure the accuracy of printing on the three-
また、立体物10の表面に設定される複数の検出ポイントP1,P2として、立体物10の表面に現れる陰影を採用すると、立体物10の輪郭を用いる場合の、立体物10の表面の凹凸と印刷位置とのズレによる印刷品質の低下を改善できる。
In addition, by using the shadows that appear on the surface of the three-
即ち、陰影を採用することにより、立体物10の輪郭を用いる場合に比べ、立体姿勢によって輪郭と陰影位置との相対位置関係が異なることによって生じる陰影部の印刷位置誤差の課題も解消される。
In other words, by using shading, the problem of printing position errors in the shaded area caused by the relative positional relationship between the contour and the shaded position differing depending on the three-dimensional posture is also eliminated, compared to when the contour of the three-
また、多数の立体物10,10,…を同時に印刷する場合などに、載置された立体物10,10,…の3次元情報を立体物10ごとに取得して表面形状に応じた印刷データを生成する演算時間が長くなってしまい、生産性が低下することがあったが、この方法によれば、陰影情報に基づく検出ポイントを検出して立体物10の表面の凹凸の位置を決定するので、演算時間が短く、生産性の高い立体物10の印刷システムを得ることが可能である。
In addition, when printing multiple three-
また、印刷用治具を用いることなく、複数の立体物10,10,…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。なお、印刷用治具を用いる場合にでも、本発明は印刷用治具の印刷テーブルT上の載置位置誤差や印刷用治具上での立体物10の位置や回転角のズレによる印刷不良をなくす効果を有するため、有効である。
In addition, it is possible to perform high-precision, high-definition printing on multiple three-
他の実施形態(1)
ベルトコンベアについて
なお、本実施形態に係る立体物印刷システムS1においては、例えば図15に示すように、印刷テーブルTを、複数の立体物10,10,…を載置して上流側から下流側に移動可能な無限軌道状のベルトなどを備えるベルトコンベア700で構成することができる。
Other embodiment (1)
Regarding the belt conveyor: In the three-dimensional object printing system S1 according to this embodiment, as shown in FIG. 15, for example, the printing table T can be configured as a
他の実施形態(2)
印刷テーブルの走査形態について
また、例えば図16に示すように、検出手段101としては、印刷テーブルTが走査レール501に沿って支持台S上を図示矢印X方向に移動可能に設けられるとともに、印刷テーブルTの上方に、位置が固定されたCIS200とYスライダ302により図示矢印Y方向に移動可能に設けられた走査印刷ヘッド130とを備える構成としても良い。
Other embodiment (2)
Regarding the scanning form of the printing table: Also, as shown in FIG. 16, for example, the detection means 101 may be configured such that the printing table T is movable in the direction of the arrow X on a support stand S along a
このような構成の検出手段101とした場合にも、本実施形態の立体物印刷システムS1によれば、所定の印刷が良好に施された複数の印刷物10Aを得ることができる。
Even when the detection means 101 is configured in this way, the three-dimensional object printing system S1 of this embodiment can obtain multiple printed
他の実施形態(3)
第3生成手段について
また、印刷データ生成手段102に、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10,10,…印刷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生成手段を設けることも可能である。
Other embodiment (3)
Regarding the third generation means: It is also possible to provide the print data generation means 102 with a third generation means for generating optimized print data based on the flight angle of the ink particles (ink droplets) ejected from the
これにより、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。
This allows the ink droplets ejected from the
その他、立体物10の陰影の変化のパターンを取得して予めデータベース化するようにしても良い。これにより、各立体物10,10,…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。
In addition, the pattern of changes in the shadow of the three-
他の実施形態(4)
変形例について
以上、本発明を実施の形態に基づいて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。即ち、本発明の技術的な範囲は、実施の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したが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。
Other embodiment (4)
Regarding Modifications Although the present invention has been specifically described based on the embodiments, the embodiments disclosed in this specification are illustrative in all respects and should not be considered to be limited to the disclosed technology. In other words, the technical scope of the present invention should not be interpreted restrictively based on the description in the embodiments, but should be interpreted according to the claims, and includes technologies equivalent to the technologies described in the claims and all modifications within the scope of the claims.
例えば、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することができる。 For example, the printing means 103 is not limited to a UV inkjet printer, and printers using various printing methods can be used.
また、制御手段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などを用いるようにしても良い。 Furthermore, the control means 104 is not limited to a workstation, but may be a personal computer or the like.
また、印刷基準点cとしては、形状が円に限らず複数の線の交点で示すものや、多角形の中心点で示すものでも良い。また、その配列も、必ずしも規則的な配列に限るものではない。 The print reference point c does not have to be a circle, but may be an intersection of multiple lines or the center of a polygon. The arrangement of the print reference points does not necessarily have to be regular.
S1 立体物印刷システム
10 立体物
15 検出基準マーク(検出基準)
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
130 走査印刷ヘッド
200 光学センサ
T 印刷テーブル
c 印刷基準点
S1 Three-dimensional
101 Detection means 102 Print data generation means 102A First generation means 102B Second generation means 103 Printing means 104 Control means 105 Instruction means 130
Claims (5)
該印刷テーブル上に固定された検出基準と、
該検出基準の位置および前記立体物の表面に設定された複数の検出ポイントの位置を検出する検出手段と、
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手段と、
該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、前記立体物への印刷を実行する印刷手段と、
前記検出手段、前記印刷データ生成手段および前記印刷手段の動作を制御する制御手段と、
を備え、
前記印刷データ生成手段は、前記検出手段によって検出された前記検出基準の位置と印刷基準点とに基づいて印刷位置の補正値を算出し、算出した前記補正値を前記立体物の位置と回転角との算出に反映させるとともに、前記補正値が反映された前記立体物の位置と回転角とにしたがって前記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。 A printing table on which a three-dimensional object to be printed is placed;
a detection standard fixed on said printing table;
a detection means for detecting the position of the detection reference and the positions of a plurality of detection points set on the surface of the three-dimensional object;
a print data generating means for generating print data corresponding to the three-dimensional object;
a printing means for executing printing on the three-dimensional object using the print data generated by the print data generating means;
a control means for controlling the operations of the detection means, the print data generation means, and the printing means;
Equipped with
The printing data generation means calculates a correction value for the printing position based on the position of the detection reference and the printing reference point detected by the detection means, reflects the calculated correction value in the calculation of the position and rotation angle of the three-dimensional object, and generates the printing data according to the position and rotation angle of the three-dimensional object with the correction value reflected.
検出された前記検出基準の位置および前記検出ポイントの位置に基づいて、前記立体物の位置と回転角を算出する算出工程と、
検出された前記検出基準の位置と印刷基準点とに基づいて印刷位置の補正値を算出し、算出した前記補正値を前記立体物の位置と回転角との算出に反映させるとともに、前記補正値が反映された前記立体物の位置と回転角とにしたがって印刷データの生成を制御する制御工程と、
前記補正値が反映された前記立体物の位置と回転角とに基づいて、前記立体物に対応させた印刷データを生成する生成工程と、
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印刷工程と、
を備えることを特徴とする立体物印刷方法。 a detection step of detecting the positions of detection points set on a surface of a three-dimensional object placed on a printing table and the position of a detection reference fixed to the printing table;
a calculation step of calculating a position and a rotation angle of the three-dimensional object based on the detected positions of the detection reference and the detection point;
a control process of calculating a correction value for the print position based on the detected position of the detection reference and the print reference point, reflecting the calculated correction value in calculation of the position and rotation angle of the three-dimensional object, and controlling generation of print data according to the position and rotation angle of the three-dimensional object reflected with the correction value;
a generating step of generating print data corresponding to the three-dimensional object based on the position and rotation angle of the three-dimensional object to which the correction value is reflected;
a printing step of executing printing on the three-dimensional object using the generated print data;
A three-dimensional object printing method comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2023160003A JP2025051088A (en) | 2023-09-25 | 2023-09-25 | Three-dimensional object printing system and three-dimensional object printing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2023160003A JP2025051088A (en) | 2023-09-25 | 2023-09-25 | Three-dimensional object printing system and three-dimensional object printing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2025051088A true JP2025051088A (en) | 2025-04-04 |
Family
ID=95213007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2023160003A Pending JP2025051088A (en) | 2023-09-25 | 2023-09-25 | Three-dimensional object printing system and three-dimensional object printing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2025051088A (en) |
-
2023
- 2023-09-25 JP JP2023160003A patent/JP2025051088A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7190489B2 (en) | Scanning system calibration | |
| US5651600A (en) | Method for controlling projection of optical layup template utilizing cooperative targets | |
| US5450147A (en) | Method for controlling projection of optical layup template utilizing cooperative targets | |
| Eisert et al. | A mathematical model and calibration procedure for galvanometric laser scanning systems | |
| US20080112609A1 (en) | Position detecting method and device, patterning device, and subject to be detected | |
| JP6999873B2 (en) | Printing device and control method | |
| JP3446741B2 (en) | Light beam deflection control method and optical shaping apparatus | |
| JP6058465B2 (en) | Printing apparatus and printing method | |
| US9302506B2 (en) | Apparatus and method for printing on articles having a non-planar surface | |
| US20110080476A1 (en) | High Performance Vision System for Part Registration | |
| CN113306308B (en) | Design method of portable printing and copying machine based on high-precision visual positioning | |
| KR102269950B1 (en) | Three-dimensional object printing system and three-dimensional object printing method | |
| US5506641A (en) | Apparatus for controlling projection of optical layup template | |
| JP6377353B2 (en) | Printing apparatus and printing method | |
| WO2018198832A1 (en) | Solid object printing system and solid object printing method | |
| CN115555648B (en) | Numerical control cutting method, system, equipment and medium | |
| CN113597356A (en) | Characterization method and system for laser processing machine with moving sheet or web | |
| JP2004085565A (en) | Calibration method and calibration device for laser three-dimensional digitized sensor | |
| US7804619B2 (en) | Adjustment of print position in print controller | |
| JP2025051088A (en) | Three-dimensional object printing system and three-dimensional object printing method | |
| US20160263763A1 (en) | Vision system | |
| KR100903900B1 (en) | Alignment method and apparatus of multi laser vision system | |
| JP7455132B2 (en) | Three-dimensional object printing system and three-dimensional object printing method | |
| JP2001018472A (en) | Image recording device | |
| JPH0663735B2 (en) | Measuring device for misalignment of recording paper position |