CN104943404B - 用于印刷对象弯曲表面的设备 - Google Patents

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Abstract

一种根据本发明用于印刷对象(例如球)的弯曲表面的设备，其特征在于：用于印刷该对象的静止式印刷单元，该印刷单元包括喷墨印刷头，并且该印刷头在该印刷头的作用区域中在该对象的表面上产生印刷字样；用于硬化该印刷字样的硬化单元，该硬化单元包括辐射器，并且辐射器在该辐射器的作用区域中硬化该印刷字样；能够运动的保持单元，用于在接收区域中接收该对象，用于使该对象从所述接收区域运动到所述印刷头的作用区域中，用于使所述对象在产生所述印刷字样期间在所述印刷头的作用区域中运动，并且用于使所述对象运动到所述硬化单元的作用区域中；以及至少一个控制单元，用于控制所述保持单元的运动、所述印刷字样的产生以及所述印刷字样的硬化。

Description

用于印刷对象弯曲表面的设备
技术领域
本发明涉及一种用于印刷对象的弯曲表面的设备。
本发明处于对空间上扩展的三维对象或物体或其表面进行喷墨印刷的技术领域。
背景技术
已经已知的是，在特定的设备中印刷这样的对象，例如可以个别地利用特别设计的印刷设备中的喷墨打印来印刷高尔夫球。在文献JP 11320863A中公开了一种这样的设备。高尔夫球是相当小的对象并且因此其处理很少存在问题。在较大的对象(例如足球)的情况下，这种处理变得困难。印刷头的宽度于是例如不再足以一次就印刷该球的一半。为此形成了由于球的尺寸和曲率而使印刷头的边缘喷嘴具有至球表面过大的间隔并且因此不精确地印刷。因此，该球必须在印刷头之下运动、特别是旋转，并且该印刷头被相应地控制。对于球的运动而言保持设备是需要的。类似的问题在其它形式的大的对象的情况下出现，例如袋子、车辆内饰或者类似物。而且碰撞可能会出现并且必须避免。由文献DE102009058212A1也已经已知的是，将机器人用于使对象运动。
发明内容
在该背景下本发明的任务在于，实现一种相对于现有技术改善的设备，该设备能够实现了使得3D对象在其表面上设置印刷字样。
该任务根据本发明的解决方案是根据本发明的用于印刷对象弯曲表面的设备。
根据本发明的用于印刷对象弯曲表面的设备，其包括：用于印刷该对象的静止式印刷单元，其中，该印刷单元包括喷墨印刷头，并且印刷头在该印刷头的作用区域中在对象的表面上产生印刷字样；用于硬化该印刷字样的硬化单元，其中，硬化单元包括辐射器，并且辐射器在该辐射器的作用区域中硬化所述印刷字样；可运动的保持单元，用于在接收区域中接收所述对象，用于使对象从接收区域运动到印刷头的作用区域中，用于使对象在产生印刷字样期间在印刷头的作用区域中运动，并且用于使该对象运动到硬化单元的作用区域中；以及至少一个控制单元，用于控制所述保持单元的运动、所述印刷字样的产生以及所述印刷字样的硬化。
根据本发明的设备的一个优选改进构型的特征可以在于，保持单元包括多个运动单元，其中，每个运动单元产生直线运动或者旋转运动，并且为了使对象从接收区域到印刷头的作用区域中并且从该作用区域到另一印刷头的作用区域中或者到辐射器的作用区域中的直线运动或者旋转运动而仅仅一个运动单元是激活的。
根据本发明的设备的一个优选的改进构型的特征可以在于，印刷单元包括多个印刷头，其中，所述印刷头基本上设置在水平地取向的圆上并且相互间隔开地如此设置，使得印刷头的喷嘴列相对于所述圆基本上径向地取向。
根据本发明的设备的一个优选改进构型的特征可以在于，硬化单元基本上设置在该水平地取向的圆上并且相对于印刷头间隔开地设置。
根据本发明的设备的一个优选改进构型的特征可以在于，印刷单元包括多个印刷头，其中，印刷头基本上设置在水平地取向的直线上并且相互间隔开地如此设置，使得印刷头的喷嘴列基本上垂直于所述直线取向。
根据本发明的设备的一个优选改进构型的特征可以在于，硬化单元基本上设置在水平地取向的直线上并且相对于印刷头间隔开地设置。
根据本发明的设备的一个优选改进构型的特征可以在于，保持单元包括多个运动单元，其中，第一运动单元基本上设置在竖直轴线上并且基本上垂直地设置在圆的中点之下并且能够实现该对象沿垂线的直线运动。
根据本发明的设备的一个优选改进构型的特征可以在于，第二运动单元设置在第一运动单元上并且基本上设置在竖直轴线上并且能够实现该对象绕竖直轴线的旋转运动。
根据本发明的设备的一个优选改进构型的特征可以在于，第三运动单元设置在第二运动单元上并且能够实现该对象绕径向轴线的旋转运动。
根据本发明的设备的一个优选改进构型的特征可以在于，第四运动单元(41)设置在第二运动单元上并且能够实现该对象沿径向方向的直线运动(44)；并且第三运动单元(22)设置在第四运动单元上并且能够实现该对象绕径向轴线(23)的旋转运动。
根据本发明的设备的一个优选改进构型的特征可以在于，保持单元包括关节臂机器人，该关节臂机器人特别是具有5或6个旋转轴线。
根据本发明的设备的一个优选改进构型的特征可以在于，保持单元包括抽吸抓取器。
根据本发明的设备的一个优选改进构型的特征可以在于，印刷头分别包括封闭件，该封闭件在闭合状态下保护所述印刷头喷嘴以防辐射器的辐射。
根据本发明的设备的一个优选改进构型的特征可以在于，印刷头被分别接收在定向单元中，该定向单元能够实现印刷头直线地沿径向和切线方向的定向以及轴向地绕相对于圆平面垂直的印刷头轴线的定向。
根据本发明的设备的一个优选改进构型的特征可以在于投影单元，该投影单元在接收区域中将标记投影到对象上。
根据本发明的设备的一个优选改进构型的特征可以在于测量单元，该测量单元无接触地测量所述对象表面的至少一个区段并且提供在此获取的测量数据，特别是用于对象与印刷头或者辐射器之间的间距校正。
根据本发明的设备的一个优选改进构型的特征可以在于预硬化单元，该预硬化单元包括辐射器并且预硬化所述印刷字样。
根据本发明的设备的一个优选改进构型的特征可以在于输出区域，其中，保持单元使该对象从硬化单元的作用区域运动至输出区域，并且所述至少一个控制单元控制该运动。
附图说明
附图示出：
图1：根据本发明的设备的一个优选实施形式的侧视图；
图2：根据本发明的设备的同一优选实施形式的俯视图；
图3：根据本发明的设备的另一个优选实施形式的透视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的设备1的优选实施形式的侧视图，该设备用于个别地印刷三维的运动的对象2的沿任意方向弯曲的表面3。该对象可以例如是球。图2示出了根据本发明的设备1的同一优选实施形式的俯视图。在这两个附图中相互对应的元件设有各自相同的附图标记。
设备1包括印刷单元4。该印刷单元静止地设置在设备的上部区域中。印刷单元包括喷墨印刷头5。印刷头接收在印刷单元的定向单元26中。定向单元设置在设备1的框架34的水平设置的板35的开口中。该板具有多个开口，因此多个印刷头的设置是可能的。这些开口和多个印刷头位于绕中点18的圆14上。这些开口可以根据印刷头的尺寸和待印刷的对象的尺寸来设定其位置、定向和尺寸方面。每个印刷头借助于喷嘴列15中的喷嘴来印刷呈墨滴形式的油墨。如果要在对象2上产生多色的印刷字样6，那么设有多个印刷头，例如根据已知的CMYK印刷。然而还可以在特殊颜色、不透明白色或者清漆的应用中设有多个例如高达7个印刷头。印刷头通过未示出的供墨装置与一个或多个在设备1的下部区域中的墨储备容器33连接。这种墨储备也可以设置在该设备之外。
印刷头5可以借助于其相应的定向单元26或印刷头接收部沿三个方向进行调节：直线地沿着关于圆14径向和切线方向26a、26b以及轴向地绕着相对于圆平面垂直的印刷头轴线26c。这样的定向大多仅在设备建立或者维护情况下是需要的。在印刷期间，印刷头固定保持在其位置上。也可能的是，印刷头朝设备1的中轴线的方向倾斜。这可以特别是在纵向延伸的对象2的情况下是有利的，以便防止了该纵向延伸的对象在印刷时与非激活的印刷头碰撞。
印刷头5可以设计为双色头，其中，然而仅印刷一种颜色。用于第二颜色的喷嘴在此用作备用喷嘴，所述备用喷嘴在喷嘴失灵的情况下用于第一颜色。
在同一板35上，在另一开口中设有包括硬化单元8的辐射器9。该辐射器优选是在应用紫外线墨的情况下的紫外线辐射器，但也可以是红外线辐射器。该辐射器可以实施为LED辐射器。而且该辐射器设置在圆14上。印刷头5在该圆上沿一方向相继设置。辐射器沿该方向紧接着所述印刷头设置。硬化单元或辐射器具有作用区域10。除了硬化单元之外也可以设置具有辐射器31的预硬化单元30(所谓的Pinning模块)。也可以设置多个Pinning模块：在每个印刷头4之后分别设有一个Pinning模块。
为了保护印刷头5以防硬化单元8的辐射，在印刷头上设有相应的封闭件25(所谓的遮板)。非激活的印刷头在硬化单元激活的情况下封闭，由此可以避免在喷嘴上或甚至喷嘴内墨的硬化。每个封闭件可以具有两个可摆动的遮盖物。
在板35之下(亦即在设备1的中间区域中)，模块式保持单元11设置在框架34上。保持单元具有竖直轴线17，该竖直轴线基本上通过圆14的中点18。保持单元用于对象2的接收以及运输以及旋转，也就是说，该保持单元在印刷期间保持该对象，其中，该对象被运动。该对象接收在接收区域12中，例如通过手工或者自动地转送到抽吸抓取器24上。该抽吸抓取器可以具有包括三个或多个抽吸开口的金属吸盘(参见图3中的抽吸抓取器24)。
在接收区域中可以可选择地由投影单元27将光学标记28投影到对象2的表面3上，例如借助于激光器或所谓的投影机。标记作为定位辅助对操作者简化了以期望的取向来放置对象。例如在球2上可以显示出具有标记框的可印刷的区域，从而操作者可以将具有待印刷区域的球在可印刷区域中取向。
备选地可以将定位交叉借助于激光投影到对象上。于是球的定向优选地可以如此实现，使得球的接缝在该交叉上定向。此外也可以将两个交叉在不同位置(优选大致在相对置的位置)投影到对象上。
同样在接收区域中可选择地可以由测量单元29无接触地测量该对象2的表面3的至少一个区段。测量单元可以包括摄像机或者间距传感器。该测量单元用于检测该对象的形状。在球的情况下例如可以测量：球是否准确地相应于理想球形或者是否具有局部或甚至全局偏差。这种偏差可以由测量数据(例如间距数据)计算出并且被存储。随后可以将这些数据在产生印刷字样以及在硬化时使用，其方法是，单元至表面的间距通过对象的间距校正来校正。这些测量数据也可以用于，将待印刷图像在可印刷的区域内自动化地移动。这例如可以在如下情况下是需要的，即如果对象具有不可印刷的位置，例如接缝在一起的球的低洼的进而可容易检测到的缝隙。
可选择地也可以设定，以底漆来预处理所述对象2的待印刷表面区域，以便改善墨的附着。为此例如可以在接收区域12中设有底漆单元40。该底漆单元例如可以具有用于底漆涂覆的传送带。这种带也可以用于将已实现的且还未硬化的(试验)印刷字样再除去。这种带也可以用于将对象还在底漆涂覆之前进行清洁、特别是清洁灰尘。
保持单元11优选包括至少三个模块式的运动单元。第一运动单元16基本上设置在竖直轴线17上。第一运动单元包括第一(直线)驱动装置36，该驱动装置能够实现了对象2沿垂线的直线运动19。该运动首要用于对象的高度定向，该高度定向特别是参照在印刷或辐射期间至印刷头4以及至辐射器9的间距。
保持单元11包括第二运动单元20。该第二运动单元设置在第一运动单元16上并且能够实现对象2绕竖直轴线17的旋转运动21，从而该对象在其输送运动中依次到达印刷头2的作用区域7中以及辐射器的作用区域10中。为此，第二运动单元包括第二(旋转)驱动装置37。该驱动装置首要用于对象的输送运动。
保持单元11包括具有第三(旋转)驱动装置38的第三运动单元22。该单元设置在第二运动单元20上并且能够实现了对象2绕径向轴线23的旋转运动21。在球的情况下，该径向轴线优选可以与球自身的对称轴线重合。该驱动装置首要用于在印刷或硬化期间对象的旋转运动。第三运动单元也可以设置在调节单元39上并且该调节单元又可以设置在第二运动单元上。调节单元于是优选地允许了第三运动单元的径向调节，例如用于在球尺寸确定的情况下手动或自动地预调节。
保持单元11将该对象接收且运送或使该对象从接收区域12节拍式运送到印刷头4的作用区域7中或者依次到多个印刷头4的作用区域7中。在印刷之后，保持单元将该对象运送或节拍式运送到硬化单元8的作用区域中。保持单元将对象从该处运送或节拍式运送到输出区域32中。在该处手动或者自动地提取该球。输出区域优选与接收区域一致并且位于框架中在侧面的开口之后，该开口能以门封闭。输出区域和接收区域然而也可以相互不同。
只要在Pinning模块30中设定，则保持单元11可以将对象从一印刷头运送至Pinning模块并且随后到下一印刷头并且从最后的印刷头运送至硬化单元8。这种运动也可以包括向前运动和向后运动(沿圆周方向)。
对象2的运动由设备1的下部区域中的控制单元13控制。该控制单元至少控制所述保持单元11或其驱动装置36、37和38。同一控制单元也可以驱控所述印刷头2和辐射器9、至少驱控它们的接通和关断时间。用于印刷头的印刷数据由所谓的印刷前级的未示出的单元直接或经由控制单元13供应给印刷头。
在相同对象(例如球2)的印刷中，保持单元11可以有利地总是实施相同的(预调节好并且已存储的)运动，不仅用于球的输送而且用于印刷期间的旋转。一般地(不限于所示实施形式地)适用的是：保持单元11具有多个运动单元，其中，每个运动单元产生直线运动或旋转运动，并且为了对象2从接收区域12到印刷头5的作用区域7中并且从该作用区域到另一印刷头的作用区域7中或者到辐射器9的作用区域10中的直线或旋转运动而仅仅一个运动单元是激活的。通过这种方式使对象在印刷和硬化中的定位误差可以有利地保持很小。然而只要出现重要的定位误差，那么这些重要的定位误差可以被复制并且因此例如可以在印刷中通过相应补偿的印刷数据被考虑。
通过根据本发明的设备1优选利用一个或两个图像条带来印刷球。单个图像条带在此可以包紧整个球圆周并且最大如同参与的印刷头4在单程中可以印刷的那么宽。在设备的用户界面中可以设定，在这些条带之一中印刷任意图像并且例如添加文字或图案。
然而也可能的是，整个球(也就是说其表面3)直至保持区域被印刷。为此，保持单元11可以具有例如另一驱动装置，该另一驱动装置允许该球关于印刷头5或其作用区域7摆动。
模块式保持单元11也可以具有高达六个运动单元或运动模块。这些运动单元或模块(视待印刷对象2的形状而定)可以是直线驱动装置与旋转驱动装置的任意组合。例如具有高达六个自由度的关节臂机器人的应用也是优选的。
作为印刷头5和辐射器9的圆形形式地布置的备选方案，也可以在一直线上线性地布置、优选在水平地延伸的直线上线性地布置。在该情况下，由保持单元11将对象2从印刷头的作用区域7运动至随后印刷头的下一作用区域7或者运动至辐射器的作用区域10。而且向前运动和向后运动也是可能的，例如在应用单个Pinning模块30的情况下。
图3示出了本发明的另一实施形式的透视图。设备1包括具有直线驱动装置36的第一运动单元16、具有旋转驱动装置37的第二运动单元20以及具有旋转驱动装置38的第三运动单元22。附加地，该设备包括具有直线驱动装置42(伺服马达)的第四运动单元41。第四运动单元设置在第二与第三运动单元之间。第三运动单元设置在滑块43上。该滑块允许沿径向方向(平行于径向轴线23)的运动44。第三运动单元和抓取器24的旋转运动优选绕相对于轴线23或直线驱动装置42的推动方向平行的旋转轴线实现。第四运动单元41用于在印刷不同尺寸的对象2(例如不同直径的球)时的匹配/调节。
利用根据图3的设备1的印刷如下发生：
只要对象2偏离于其理想形状(球、柱体等)或者被不准确地夹紧，那么运动单元16用于补偿运动。通过这种方式可以使对象与印刷头5的间距保持恒定。该对象的实际形状和夹紧为此被测量并传送给控制单元13。
运动单元20用于对象2从站至站的节拍或节拍式运动(涂底漆、印刷、硬化)。
运动单元41如上所述用于尺寸匹配。球或球形对象2可以沿径向如此定位，使得例如其赤道线位于印刷头5之下。因此，球可以优选地以沿着赤道线的印刷轨迹被印刷。柱形对象以其柱体轴线平行于径向轴线被保持并且绕其柱体轴线旋转。运动单元41用于在柱体的情况下(例如瓶子、罐子等)沿径向方向进给，从而对象可以被印刷头5设定多个相邻的周向印刷轨迹。
运动单元22用于对象2的旋转，以便借助印刷头5产生沿圆周方向的一个或多个印刷轨迹。只要补偿是需要的，则叠加地或同时地进行(运动单元16的)印刷运动和补偿运动。
附图标记列表：
1 设备
2 对象，特别是球
3 表面
4 印刷单元
5 (喷墨)印刷头
6 印刷字样
7 作用区域
8 硬化单元
9 (紫外线)辐射器
10 作用区域
11 保持单元
12 接收区域
13 控制单元
14 圆
14’ 直线
15 喷嘴、喷嘴列
16 运动单元
17 竖直轴线
18 圆中点
19 运动
20 运动单元
21 运动
22 运动单元
23 径向轴线
24 抽吸抓取器
25 封闭件
26 定向单元
26a 运动
26b 运动
26c 运动，轴线
27 投影单元
28 标记
29 测量单元
30 预硬化单元
31 辐射器
32 输出区域
33 供墨装置
34 框架
35 板
36 驱动装置
37 驱动装置
38 驱动装置
39 调节单元
40 底漆单元
41 第四运动单元
42 驱动装置
43 滑块
44 运动

Claims (16)

1.一种用于印刷对象的弯曲表面的设备，包括：
-用于印刷所述对象(2)的静止式印刷单元(4)，其中，所述静止式印刷单元(4)包括多个印刷头(5)，所述多个印刷头(5)具有作用区域(7)和喷嘴列(15)，所述多个印刷头(5)基本上在一水平地取向的圆(14)上并且相互间隔开地如此设置以使得所述多个印刷头的喷嘴列(15)基本上相对于所述圆径向地取向并且所述印刷头在该印刷头的作用区域(7)中在所述对象的表面(3)上产生印刷字样(6)；
-用于硬化所述印刷字样的硬化单元(8)，其中，所述硬化单元包括辐射器(9)和作用区域(10)，并且所述辐射器在该辐射器的作用区域(10)中硬化所述印刷字样；
-能够运动的保持单元(11)，用于在接收区域(12)中接收所述对象，用于使所述对象从所述接收区域运动到所述印刷头的作用区域中，用于使所述对象在产生所述印刷字样期间在所述印刷头的作用区域中运动，并且用于使所述对象运动到所述硬化单元的作用区域中，
其中，所述保持单元(11)包括第一运动单元(16)，该第一运动单元(16)基本上设置在竖直轴线(17)上并且基本上垂直地设置在所述圆(14)的中点(18)之下并且能够实现所述对象(2)沿垂线的直线运动(19)，
其中，所述保持单元(11)包括第二运动单元(20)，该第二运动单元(20)设置在所述第一运动单元(16)上并且基本上设置在所述竖直轴线(17)上并且能够实现所述对象(2)绕所述竖直轴线(17)的旋转运动(21)，
其中，所述保持单元(11)包括第三运动单元(22)，该第三运动单元(22)设置在所述第二运动单元(20)上并且能够实现所述对象(2)绕径向轴线(23)的旋转运动；
以及
-至少一个控制单元(13)，用于控制所述保持单元的运动、所述印刷字样的产生以及所述印刷字样的硬化。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述保持单元(11)包括多个运动单元，其中，每个运动单元产生直线运动或者旋转运动，并且为了使所述对象从所述接收区域直线运动或旋转运动到所述印刷头的作用区域中、并且从该作用区域直线运动或旋转运动到另一印刷头(5)的作用区域中、或者直线运动或旋转运动到所述辐射器的作用区域中而仅仅一个运动单元是激活的。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述硬化单元基本上在所述水平地取向的圆上并且相对于所述印刷头间隔开地设置。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述印刷单元包括多个印刷头(5)，其中，所述印刷头基本上在水平地取向的直线(14’)上并且相互间隔开地如此设置，使得所述印刷头的喷嘴列(15)基本上垂直于所述直线取向。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述硬化单元基本上在所述水平地取向的直线上并且相对于所述印刷头间隔开地设置。
6.根据权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，所述保持单元包括关节臂机器人。
7.根据权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，所述保持单元包括抽吸抓取器(24)。
8.根据权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，所述多个印刷头分别包括封闭件(25)，该封闭件在闭合状态下保护所述印刷头喷嘴(15)以防所述辐射器的辐射。
9.根据权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，所述印刷头被相应地接收在定向单元(26)中，该定向单元能够实现所述印刷头直线地沿径向方向和切线方向(26a，26b)的定向以及轴向地绕相对于圆平面垂直的印刷头轴线(26c)的定向。
10.根据权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，设有投影单元(27)，该投影单元在所述接收区域中将标记(28)投影到所述对象上。
11.根据权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，设有测量单元(29)，该测量单元无接触地测量所述对象表面的至少一个区段并且提供在此获取的测量数据。
12.根据权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，设有预硬化单元(30)，该预硬化单元包括辐射器(31)并且预硬化所述印刷字样。
13.根据权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于输出区域(32)，其中，所述保持单元使所述对象从所述硬化单元的作用区域运动至所述输出区域，并且所述至少一个控制单元控制该运动。
14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：第四运动单元(41)设置在所述第二运动单元上并且能够实现所述对象沿径向方向的直线运动(44)；并且第三运动单元(22)设置在所述第四运动单元上并且能够实现所述对象绕径向轴线(23)的旋转运动。
15.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述关节臂机器人具有5或6个旋转轴线。
16.根据权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，设有测量单元(29)，该测量单元无接触地测量所述对象表面的至少一个区段并且提供在此获取的测量数据，用于对象与印刷头或辐射器之间的间距校正。
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