專利名稱：用于在具有非平面表面的物品上進(jìn)行印刷的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在具有非平面表面的物品上印刷圖像的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
用于在襯底上進(jìn)行印刷的試錯(cuò)法(trial and error methods)通常是不一致、冗 長(zhǎng)且耗時(shí)的，在用于生產(chǎn)時(shí)更是如此。事實(shí)證明，在包括一個(gè)或一個(gè)以上非平面(例如，彎 曲的)部分(例如塑料容器的肩部部分)的物體上進(jìn)行印刷時(shí)，要達(dá)到合格的質(zhì)量級(jí)別很 有挑戰(zhàn)性。對(duì)于一些應(yīng)用，印刷頭需要相對(duì)于待印刷表面移動(dòng)到較佳印刷位置和/或方位是 合意的ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明尤其揭示一種用于在具有非平面表面的物品上進(jìn)行印刷的設(shè)備。所述設(shè)備 的一實(shí)施例包括用于確定物品的非平面表面的正切的構(gòu)件，以及用于使用與所述正切相關(guān) 聯(lián)的信息來(lái)相對(duì)于所述物品定位印刷頭的構(gòu)件。另外揭示了用于在具有非平面表面的物品 上進(jìn)行印刷的方法。


現(xiàn)在將參考附圖通過(guò)實(shí)例的方式來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1是相對(duì)于印刷表面或襯底選擇的標(biāo)繪點(diǎn)的圖形表示；圖2是具有非平面表面和具有經(jīng)指示刀形線(sabre line)的相關(guān)聯(lián)的印刷區(qū)或 區(qū)域的物品的實(shí)例；圖3是對(duì)三維空間中的印刷頭方位的說(shuō)明；圖4是對(duì)印刷頭的實(shí)例的說(shuō)明；圖5是相對(duì)于X軸的刀形角的表示；圖6是相對(duì)于物品的非平面表面的印刷頭方位的示意性表示；圖7是大體上說(shuō)明印刷頭可怎樣相對(duì)于物品的俯視圖轉(zhuǎn)動(dòng)的相對(duì)于Y軸的第二角 的表示；以及圖8是相對(duì)于物品的非平面部分的正切線的示意性表示。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)地對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作出參考，本發(fā)明的實(shí)例在本文中進(jìn)行描述且在 附圖中進(jìn)行說(shuō)明。盡管本發(fā)明是結(jié)合實(shí)施例描述的，但應(yīng)了解，本發(fā)明不應(yīng)限于這些實(shí)施 例。相反，本發(fā)明應(yīng)涵蓋位于所附權(quán)利要求書界定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的替代方案、修 改和均等物。除其它事物之外，本發(fā)明利用基于數(shù)學(xué)的公式或者計(jì)算(例如，相關(guān))來(lái)提供指定 的/最優(yōu)化的印刷頭角。所述指定的/最優(yōu)化的印刷頭角可涉及與刀形角(sabre angle), 交叉過(guò)程角和過(guò)程角相關(guān)聯(lián)的三個(gè)主要的軸。與計(jì)算/相關(guān)相關(guān)聯(lián)的信息尤其可提供印 刷頭定位信息，包括關(guān)于印刷頭應(yīng)旋轉(zhuǎn)或定位以改進(jìn)或更好地“最優(yōu)化”印刷質(zhì)量的角的信 息。此改進(jìn)的相對(duì)印刷頭定位/方位可(不限于)提供相對(duì)于非平面表面的更高的印刷圖 像一致性。本發(fā)明的實(shí)施例涉及對(duì)相對(duì)于有關(guān)非平面印刷表面的曲率的偏離的研究。方法包 括計(jì)算在彎曲的表面上的在既定印刷區(qū)或區(qū)域內(nèi)的一系列點(diǎn)的正切/斜率。為了幫助對(duì)準(zhǔn) 相關(guān)聯(lián)的印刷頭，可確定/界定多達(dá)三個(gè)主要角。所述角包括刀形角、過(guò)程方向角和交叉過(guò) 程方向角?？苫谥付ǖ幕蛘咚挠∷⒚芏?dpi)來(lái)確定刀形角。將刀形角用作參考， 可確定其它角，即過(guò)程方向角和/或交叉過(guò)程方向角。本文進(jìn)一步描述了此程序的實(shí)例。所述程序的實(shí)施例包括基于與印刷表面(或者印刷襯底)的表面相關(guān)聯(lián)的指定的 或者所確定的印刷寬度來(lái)拾取一系列點(diǎn)(例如，1到250個(gè)，或者甚至更多)?？上鄬?duì)于共 用參考實(shí)體(例如，使用3-D繪圖/建模軟件)來(lái)確定或者找到與待印刷的表面相關(guān)聯(lián)的 三維坐標(biāo)(X、Y和Z)?；谒挠∷⒎直媛?、刀形角和印刷尺寸，結(jié)合本發(fā)明而提供的系統(tǒng)的實(shí)施例 可沿著刀形線或者在刀形線周圍選擇或者拾取最小/指定數(shù)目的點(diǎn)。此信息可用以幫助找 到表面上的點(diǎn)的更實(shí)際的正切。請(qǐng)注意，一般而言，數(shù)目較多的點(diǎn)將在迭代過(guò)程期間實(shí)現(xiàn)較 好的數(shù)值收斂。測(cè)量連續(xù)的點(diǎn)之間的偏移距離(例如，使用最小平方分析或者其它“最佳擬合”線 擬合計(jì)算)可幫助相對(duì)于刀形線來(lái)評(píng)估表面(或者襯底，視情況而定可以是關(guān)于印刷表面) 上的線放置“準(zhǔn)確性”(或者最優(yōu)化的放置)。在計(jì)算印刷角之前選擇經(jīng)確定為最好地表示或體現(xiàn)待在其上進(jìn)行印刷的襯底或 者表面的曲率的坐標(biāo)。舉例來(lái)說(shuō)，如果χ-坐標(biāo)描述交叉過(guò)程的曲率，那么那些點(diǎn)可用以計(jì) 算交叉過(guò)程角?？刹捎妙愃频姆绞酱_定方向過(guò)程角。接著，可使用以下等式來(lái)計(jì)算坐標(biāo)之間的距離D = [ (X2-X1)2+ (Y2-Y1)2+ (Z2-Z1)2]的平方根(“距離等式”)使用計(jì)算出的距離與每一坐標(biāo)點(diǎn)之間的偏移之間的三角函數(shù)可得出那一點(diǎn)的所 需角。對(duì)于點(diǎn)選擇范圍中的其它點(diǎn)，可重復(fù)前述過(guò)程。如果需要，可將所述點(diǎn)以圖形形式標(biāo) 繪出來(lái)。點(diǎn)和/或其標(biāo)繪可描述點(diǎn)偏差的性質(zhì)和/或提供在參考刀形角處的這些點(diǎn)的正切 /斜率。使用假想線技術(shù)可找到所有斜率點(diǎn)的平均角。同一過(guò)程可用以確定其它角。圖1以示意性的格式說(shuō)明程序點(diǎn)。圖1大體上說(shuō)明X軸和Y軸。線10表示以印 刷分辨率(即dpi)決定的刀形角繪制的刀形線。點(diǎn)20表示在印刷表面/襯底處拾取的點(diǎn)，所述點(diǎn)界定x、y、z坐標(biāo)。增量Δ是在每一點(diǎn)處維持的偏移距離?；趲缀涡螤?，系統(tǒng) 可維持常數(shù)增量△或者保持可變的偏移距離。通過(guò)非限制性實(shí)例的方式提供下文。圖2說(shuō)明具有非平面表面(例如，燒杯的上 部部分)的物品40(例如，燒杯)的一部分，所述非平面表面具有識(shí)別的印刷區(qū)域或印刷區(qū) 50。物品40的幾何形狀提供印刷表面/襯底的實(shí)例。相對(duì)于印刷區(qū)50展示刀形線60。基 于所要的印刷分辨率，傾斜的線是頭部刀形。接著，拾取到所要數(shù)目的點(diǎn)(通?；陬A(yù)定義 的范圍)，所述點(diǎn)接近于刀形線并且在印刷區(qū)內(nèi)。圖3說(shuō)明印刷頭在三維空間中的一般方位。參看圖式，平面)(Ζ表示印刷分辨率所 確定的刀形角所在的平面。角XOZ是刀形角。平面XY表示在3D空間中相對(duì)于印刷表面/ 襯底的頭部上的交叉過(guò)程的平面。角XOY是交叉過(guò)程角。平面^表示在3D空間中相對(duì)于 印刷表面/襯底的頭部上的過(guò)程的平面。角YOZ是過(guò)程角。請(qǐng)注意，圖式和前述描述既定 提供示范性關(guān)系。上述的平面易于相對(duì)于不同印刷技術(shù)和/或設(shè)置經(jīng)受改變和修改。涉及本發(fā)明的若干方面(例如上文中提到的方面)的程序的實(shí)施例可包含若干步 驟。在非限制性實(shí)施例中(a)在識(shí)別的印刷表面/襯底上基于所要的/所需的印刷寬度來(lái)選擇一系列點(diǎn) (例如，1到250個(gè)，或者更多)；(b)可例如使用繪圖/建模軟件，相對(duì)于共用參考點(diǎn)/實(shí)體來(lái)找到Χ、γ和Z坐標(biāo)；(c)基于所需的/所要的印刷分辨率、刀形角和印刷尺寸，沿著刀形線拾取最小數(shù) 目的點(diǎn)(例如，10到30個(gè))(所述點(diǎn)可用以幫助找到表面上的每個(gè)點(diǎn)的更實(shí)際的正切)；(d)測(cè)量每一連續(xù)點(diǎn)之間的偏移距離以更好地理解其相對(duì)于刀形線在印刷表面/ 襯底上的放置準(zhǔn)確性；(e)在計(jì)算相關(guān)聯(lián)的印刷角之前，選擇能最準(zhǔn)確描述印刷表面/襯底的曲率的坐 標(biāo)，舉例來(lái)說(shuō)，如果數(shù)個(gè)X坐標(biāo)描述了交叉過(guò)程的曲率，那么這些坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)便可用于確 定交叉過(guò)程角；(f)可使用如(e)中提到的方法來(lái)確定過(guò)程方向角；(g)接著使用“距離等式”來(lái)用公式表示坐標(biāo)之間的距離；(h)使用計(jì)算出的距離與每一坐標(biāo)點(diǎn)之間的偏移之間的三角函數(shù)來(lái)提供了那一點(diǎn) 的所需/所要角；(i)可針對(duì)點(diǎn)選擇范圍中識(shí)別的所有(或者至少大部分)點(diǎn)重復(fù)前述步驟；(j)可任選地(例如，在圖表上)標(biāo)繪所述點(diǎn)，所述點(diǎn)的標(biāo)繪描述點(diǎn)偏差的性質(zhì)或 此些點(diǎn)在參考刀形角處的正切/斜率；(K)使用線擬合技術(shù)來(lái)找到斜率點(diǎn)的平均角；以及(1)可相對(duì)于其它非刀形角來(lái)重復(fù)所述過(guò)程。圖4描繪包括多個(gè)噴嘴的一般印刷頭70。印刷頭70可(不限于)包含用于數(shù)字 油墨印刷的類型的印刷頭。所述頭部可包括多達(dá)320個(gè)或者更多的噴嘴。噴嘴(實(shí)質(zhì)上可 以是常規(guī)噴嘴)通常呈直線噴射油墨。圖5參考X軸和刀形線90大體上說(shuō)明第一角(α ) 或者刀形角。進(jìn)一步參看圖式，過(guò)程方向由字母“P”和所附的箭頭標(biāo)出。如大體說(shuō)明，刀形 角減少了印刷高度(在X方向上垂直地觀看)，但同時(shí)將增加相關(guān)聯(lián)的每英寸點(diǎn)數(shù)(dpi)。圖6中說(shuō)明樣本容器肩部應(yīng)用。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，容器100展示成包括非平面肩部部分110。容器100可(不限于)包含塑料容器。印刷頭120示意性地展示成經(jīng)定 位以朝向與所說(shuō)明的容器100的肩部部分110相關(guān)聯(lián)的正切線130進(jìn)行印刷。圖6中以機(jī) 械設(shè)備132的形式大體說(shuō)明用于定位印刷頭120的構(gòu)件的實(shí)施例。所述機(jī)械設(shè)備可(舉例 來(lái)說(shuō))包含多個(gè)可移動(dòng)部分或區(qū)段。所述機(jī)械設(shè)備或機(jī)械臂可(不限于)包括第一部分或 區(qū)段134、第二部分或區(qū)段136以及第三部分或區(qū)段138。如所說(shuō)明的實(shí)施例中大體展示， 第一部分或區(qū)段134可經(jīng)配置以圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)；第二部分或區(qū)段136可經(jīng)配置以圍繞X軸 旋轉(zhuǎn)；并且第三部分或區(qū)段138可經(jīng)配置以圍繞Y軸旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)。在操作時(shí)，部分或區(qū)段 134、136及138可獨(dú)立地定位或由控制器協(xié)調(diào)定位?？刂破骺刂朴∷㈩^120(其可連接或操 作性地附接到機(jī)械設(shè)備132的一部分，例如，到部分或區(qū)段138)的移動(dòng)/定位來(lái)用于在指 定位置和/或方位(例如，在相對(duì)于印刷表面的正切上)處進(jìn)行印刷。此配置還可根據(jù)與 非平面表面相關(guān)聯(lián)的幾何形狀在印刷頭上取得較好的最優(yōu)化效果，該非平面表面與容器相 關(guān)聯(lián)。圖7描繪物品140(其可以是容器)和與Y軸相關(guān)聯(lián)的角(β)的俯視圖。所說(shuō)明 的實(shí)施例大體上展示印刷頭可怎樣旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動(dòng)以使失真最小化。圖8展示相對(duì)于具有非平 面(彎曲的)部分170的物品160(例如，瓶子)的正切線150的簡(jiǎn)化的橫截面表示。在所論述的其它方面和特征中，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，其可獲得表面的幾何形狀， (經(jīng)由X-Y-Z坐標(biāo))計(jì)算三個(gè)維度中印刷頭的最優(yōu)化方位，并且使用所述信息以更好地定位 印刷頭以相對(duì)于物品的給定非平面表面來(lái)使印刷最優(yōu)化。已出于說(shuō)明和描述的目的呈現(xiàn)了對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例的上述描述。不希望其為 詳盡的或?qū)⒈景l(fā)明限于所揭示的精確形式，且依照以上教示，各種修改和變化都是可能的。 選擇和描述所述實(shí)施例以便闡釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，借此使所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員 能夠利用本發(fā)明以及具有適用于所預(yù)期的特定用途的各種修改的各種實(shí)施例。本發(fā)明的范 圍既定由權(quán)利要求書及其均等物界定。
權(quán)利要求
1.一種用于在具有非平面表面的物品上進(jìn)行印刷的方法，所述方法包含 獲得物品的非平面表面的坐標(biāo)或者幾何形狀；在三個(gè)維度中確定印刷頭的正切方位；以及相對(duì)于所述物品的所述非平面表面來(lái)使用所述正切方位并定位所述印刷頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述印刷頭的所述定位涉及刀形角、交叉過(guò)程角 和過(guò)程角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中使用所述刀形角來(lái)計(jì)算所述交叉過(guò)程角和所述過(guò)程角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其包括基于與印刷表面或者襯底相關(guān)聯(lián)的指定或者確 定的印刷寬度來(lái)選擇一系列點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從共用參考實(shí)體來(lái)識(shí)別或者通過(guò)所述共用參考實(shí) 體來(lái)提供所述非平面表面的所述幾何形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中通過(guò)三維繪圖或建模軟件來(lái)提供所述共用參考實(shí)體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中基于所要的印刷分辨率、刀形角以及印刷尺寸來(lái) 沿著刀形線或者在所述刀形線周圍選擇點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中使用最小或指定數(shù)目的點(diǎn)來(lái)更準(zhǔn)確地得到在所述 非平面表面上的一個(gè)或一個(gè)以上點(diǎn)處的正切。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中確定連續(xù)點(diǎn)之間的偏移距離。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述對(duì)偏移距離的確定涉及使用最小平方分析 或者線擬合計(jì)算。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在計(jì)算與所述印刷頭的所述定位相關(guān)聯(lián)的一個(gè) 或一個(gè)以上角之前確定所述非平面表面的所述坐標(biāo)或者幾何形狀。
12.一種用于在具有非平面表面的物品上進(jìn)行印刷的方法，所述方法包含 獲得所述物品的非平面表面的幾何形狀；相對(duì)于所述非平面表面來(lái)確定曲率的偏差；確定所述非平面表面上的在印刷區(qū)或區(qū)域內(nèi)的多個(gè)點(diǎn)的正切/斜率； 基于提供的或者確定的印刷密度來(lái)確定刀形角；使用所述確定的刀形角來(lái)確定過(guò)程方向角、交叉過(guò)程方向角，或者過(guò)程方向角和交叉 過(guò)程方向角兩者。
13.一種用于在具有非平面表面的物品上進(jìn)行印刷的方法，所述方法包含 提供具有非平面表面的物品，所述非平面表面具有印刷區(qū)域或者印刷區(qū)； 提供或者獲得所要的印刷分辨率和相關(guān)聯(lián)的刀形線；選擇或者識(shí)別在所述印刷區(qū)域或者印刷區(qū)上或者在所述印刷區(qū)域或者印刷區(qū)內(nèi)的靠 近所述刀形線的若干點(diǎn)；確定所述非平面表面的正切；以及使用與所述正切相關(guān)聯(lián)的信息相對(duì)于所述物品來(lái)定位印刷頭。
14.一種用于在具有非平面表面的物品上進(jìn)行印刷的方法，所述方法包含提供多個(gè)具有二維坐標(biāo)的點(diǎn)，所述多個(gè)點(diǎn)表示結(jié)合印刷表面/襯底而選擇或者識(shí)別的點(diǎn)；提供具有刀形角的刀形線；在所述印刷表面上選擇多個(gè)點(diǎn)，并且識(shí)別所述多個(gè)點(diǎn)的在所述印刷表面處的三維坐標(biāo)；沿著刀形線或者在所述刀形線周圍提供最小數(shù)目的點(diǎn)； 測(cè)量連續(xù)點(diǎn)之間的偏移距離；相對(duì)于所述刀形線來(lái)評(píng)估線在所述表面上的放置效果； 計(jì)算坐標(biāo)之間的距離；以及應(yīng)用在坐標(biāo)之間所計(jì)算出的距離與在每一坐標(biāo)點(diǎn)之間的所述偏移距離之間的三角函 數(shù)，以提供所述點(diǎn)的印刷角。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其包括提供多個(gè)點(diǎn)的印刷角。
16.一種用于在具有非平面表面的物品上進(jìn)行印刷的方法，所述方法包含(a)基于識(shí)別的印刷表面上的印刷寬度來(lái)選擇多個(gè)點(diǎn)；(b)相對(duì)于共用參考點(diǎn)來(lái)識(shí)別坐標(biāo)；(c)沿著刀形線選擇多個(gè)點(diǎn)，所述刀形線具有刀形角；(d)獲得沿著所述刀形線的連續(xù)點(diǎn)之間的偏移距離；(e)選擇描述所述印刷表面的曲率的坐標(biāo)；(f)基于所述所選擇的坐標(biāo)來(lái)確定印刷角；(g)使用距離等式來(lái)確定坐標(biāo)之間的距離；以及(h)使用坐標(biāo)之間的所述確定距離與所述偏移距離之間的三角函數(shù)來(lái)提供特定點(diǎn)的印 刷角。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其包括針對(duì)步驟(a)中所選擇的多個(gè)所述點(diǎn)重復(fù)步 驟(d)到(h)中的一個(gè)或一個(gè)以上步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其包括標(biāo)繪描述點(diǎn)偏差的性質(zhì)或者點(diǎn)在參考刀形角 處的正切/斜率的多個(gè)點(diǎn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其包括使用線擬合技術(shù)來(lái)找到與所述標(biāo)繪的點(diǎn)相關(guān) 聯(lián)的斜率的平均角。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中針對(duì)非刀形角重復(fù)所述方法的一個(gè)或一個(gè)以上步驟。
21.—種用于在具有非平面表面的物品上進(jìn)行印刷的設(shè)備，所述設(shè)備包含 包括多個(gè)噴嘴的印刷頭；用于在所述物品的非平面印刷表面上確定印刷表面或者印刷襯底的正切的構(gòu)件；以及 用于基于所述確定的正切相對(duì)于所述非平面表面來(lái)定位所述印刷頭的構(gòu)件。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述用于定位所述印刷頭的構(gòu)件包含提供至少 兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度的機(jī)械臂。
全文摘要
在實(shí)施例中，一種用于在具有非平面表面的物品上進(jìn)行印刷的方法包括獲得物品的非平面表面的坐標(biāo)或者幾何形狀；在三個(gè)維度中確定印刷頭的正切方位；以及相對(duì)于所述物品的所述非平面表面來(lái)使用所述正切方位并定位所述印刷頭。本發(fā)明還揭示用于在具有非平面表面的物品上進(jìn)行印刷的設(shè)備的實(shí)施例。
文檔編號(hào)B41M1/40GK102123871SQ200980131442
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月24日
發(fā)明者曼尼施·K·森塔, 羅納德·L·額普特格夫 申請(qǐng)人:普拉斯蒂派克包裝公司