DE102010004496B4

DE102010004496B4 - Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zum Beschichten und/oder Bedrucken eines Werkstückes

Info

Publication number: DE102010004496B4
Application number: DE102010004496.2A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-01-12
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2030-01-13
Also published as: DE102010004496A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zum Beschichten und/oder Bedrucken eines Werkstücks (10) mit einer Tintenstrahl-Druckkopf-Anordnung (13), wobei am bewegbaren Teil der Vorrichtung wahlweise entweder das Werkstück (10) oder die Druckkopf-Anordnung (13) befestigt ist, wobei die Vorrichtung als Mehrachs-Roboter (1) ausgebildet ist, an dessen Drehkopf (6) entweder das Werkstück (10) oder die Druckkopf-Anordnung (13) angeordnet ist, wobei das Werkstück (10) entlang einer Bewegungsbahn (11, 12) relativ zur Druckkopf-Anordnung (13) gesteuert bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine dreidimensionale Bahnabweichung (dx, dy, dz) zwischen der tatsächlich durchfahrenen Bewegungsbahn, Echtbahn (11), und einer geforderten Bewegungsbahn, Sollbahn (12), in Echtzeit als Korrektursignal zur Ansteuerung der Druckkopf-Matrix (14-17) der Druckkopf-Anordnung (13) verwendet wird, und wobei das Korrekturverfahren zur Ansteuerung von einzelnen Pixeln (27-30) jeweils einer Druckkopf-Matrix (14-17) mit folgenden Verfahrensschritten abläuft:1.1 Lesen der aktuellen Position des Roboters (1) mit einem bahnerfassenden Messgerät,1.2 Vergleichen der realen Position des Roboters (1) mit der geforderten Position,1.3 Berechnen der dreidimensionalen Abweichung (dx, dy, dz),1.4 Berechnen eines daraus resultierenden Korrekturwertes (32-35) in einer mindestens zwei-dimensionalen Matrix für dx und dy,1.5 Übertragung des Korrekturwertes (32-35) auf die Druckkopf-Matrix (14-17)1.6 Veränderung der einzelnen Pixel (27-30) jeder Druckkopf-Matrix (14-17) entsprechend der berechneten pixel-bezogenen Bahnabweichung durch Rotation und/oder Translation von Pixel-Positionen (27, 27a, 28, 28a, 29, 29b, 30, 30a),1.7 Drucken der korrigierten Pixel-Matrix auf das Werkstück (10),1.8 Wiederholung der Verfahrensschritte 1.1 bis 1.7 bis jede Reihe und/oder Spalte der Matrix der Druckkopf-Matrix (14-17) in einem bestimmten Zeitraum ausgedruckt ist.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zum Beschichten und/oder Bedrucken eines Werkstückes mit einer Tintenstrahl-Druckkopf-Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ebenso ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens.
Ein eingangs genanntes Verfahren ist beispielsweise mit dem Gegenstand der DE 600 04 022 T2 bekannt geworden. Das dort beschriebene Verfahren sieht ein Bedrucken von dreidimensional gekrümmten Gegenständen dergestalt vor, dass das zu bedruckende Objekt an einem Tisch angebracht ist, der das Objekt zu jeder aufeinanderfolgenden Position dreht. In einer alternativen Ausführungsform ist er an einer Anordnung angebracht, die sich entlang einem geraden Pfad zwischen den Druckköpfen bewegt. Da die Position des Objektes relativ zu seiner Drehachse immer bekannt ist, können die Bilder von den unterschiedlichen Druckköpfen verknüpft werden, um ein erwünschtes Bild in der gewünschten Farbe zu erzeugen.
Die genannte Druckschrift hat allerdings den Nachteil, dass die Vorrichtung, auf welcher der zu bedruckende Gegenstand unter den Druckköpfen hindurchbewegt wird, nicht in Echtzeit oder nahezu Echtzeit arbeitet, so dass nur eine verminderte Druckqualität mit gegebenenfalls Verzerrungen des Druckbildes in Kauf genommen werden muss.
Aus der DE 10 2009 058 212 A1 ergibt sich ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bedrucken von Behältern, bei der ein Roboter einen zu bedruckenden Gegenstand entsprechend vor einem Druckkopf positioniert. Dabei wird die Kontur des zu bedruckenden Gegenstandes erfasst und bestimmt, welche Farbaustrittsdüsen des Druckkopfes angesteuert werden dürfen, ohne dass ein vorgegebener Bedruckungsabstand überschritten wird. Die Düsen werden derart angesteuert, dass sie einerseits die Farbe nicht neben den Gegenstand sprühen und andererseits nicht zu viel Abstand vom Gegenstand aufweisen.
Die DE 10 2008 061 203 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Lackieren einer dreidimensionalen Oberfläche. Es wird ein Roboter verwendet, der einen Druckkopf zum Lackieren der dreidimensionalen Oberfläche trägt, wobei der Roboter während des Lackierens über die Oberfläche bewegt wird und dabei, zumindest zeitweise, einer dreidimensionalen Trajektorie (Bahn) folgt.
In den oben genannten Veröffentlichungen ist es nicht beschrieben, dass der Druckkopf und der zu bedruckende Gegenstand entlang einer Bewegungsbahn (Echtbahn) geführt werden, wobei eine Bahnabweichung zwischen der Echtbahn sowie einer geforderten Sollbahn in Echtzeit erfasst und als Korrektursignal zur Ansteuerung der Druckkopf-Matrix verwendet wird.
US 2009/016 7817 offenbart den nächstliegenden Stand der Technik und eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bedrucken von dreidimensionalen Gegenständen, wobei ein Druckkopf auf einem Roboterarm angeordnet ist und dieser Druckkopf vom Roboterarm relativ zu der Oberfläche des zu bedruckenden Gegenstandes geführt wird. Dabei wird die aktuelle Position des Druckkopfes relativ zur Oberfläche des Gegenstandes bestimmt und die Druckdüsen des Druckkopfes entsprechend angesteuert. Es ist nicht explizit beschrieben, dass eine dreidimensionale Bahnabweichung zwischen einer Sollbahn und einer Istbahn erfasst und in Abhängigkeit dieser Abweichung die Druckkopf-Matrix angesteuert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen beliebigen zweidimensionalen oder dreidimensionalen Gegenstand mit einem Tintenstrahldruck unterschiedlichster Farben zu beschichten oder zu bedrucken, wobei die Beschichtung oder das Bedrucken in höchster Auflösung und Qualität erfolgt.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.
Es wird eine Bewegungsbahn zwischen dem bewegbaren Ende (z. B. dem Drehkopf) eines Mehrachs-Roboters und einer relativ hierzu bewegbaren Tintenstrahlanordnung in nahezu Echtzeit erfasst, und die Bahnkurve in nahezu Echtzeit korrigiert, um so eine praktisch ideale Bahnkurve bei der Relativbewegung zwischen dem Objekt und der Tintenstrahldruckanordnung zu erreichen.
Der einfacheren Beschreibung wegen wird in der folgenden Beschreibung davon ausgegangen, dass ein dreidimensionaler Gegenstand bedruckt werden soll. Hierauf ist die Erfindung nicht beschränkt. Es können auch zweidimensionale Gegenstände (also Flächen) mit dem Verfahren nach der Erfindung mit höchster Auflösung und Genauigkeit bedruckt werden.
Lediglich der einfacheren Beschreibung wegen wird das Bedrucken oder Beschichten eines dreidimensionalen Gegenstandes beschrieben.
Ebenso wird aus Vereinfachungsgründen das Bedrucken eines dreidimensionalen Gegenstandes beschrieben, obwohl die Erfindung nicht allein auf einen Druckvorgang beschränkt ist. Es können sämtliche Beschichtungsvorgänge vorgenommen werden, die mit Tintenstrahldruckern üblich und bekannt sind. Deshalb ist die Erfindung nicht auf das Bedrucken von dreidimensionalen Gegenständen beschränkt, sondern umfasst sämtliche Beschichtungsvorgänge.
Schließlich wird als weitere Vereinfachung der folgenden Beschreibung angenommen, dass der zu bedruckende Gegenstand von einem Mehrachs-Roboter entlang einer Bewegungsbahn an einer feststehenden Tintenstrahldruckanordnung vorbeigeführt wird. Diese Vereinfachung erfolgt wiederum nur wegen der vereinfachten Beschreibung. Es werden auch Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen die kinematische Umkehrung gegeben ist, nämlich dass der zu bedruckende Gegenstand im Raum fixiert ist und die bedruckende Tintenstrahl-Anordnung auf einer dreidimensionalen Bewegungsbahn um und entlang dem zu bedruckenden Gegenstand geführt wird.
Lediglich der einfacheren Beschreibung wegen wird also in der folgenden Beschreibung davon ausgegangen, dass der zu bedruckende Gegenstand am Mehrachs-Roboter befestigt und eine dreidimensionale Bahnkurve durch Steuerung des Mehrachs-Roboters an der im Wesentlichen fest ausgebildeten Tintenstrahl-Druckanordnung ausführen kann.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass nun die Bahnkurve des Mehrachs-Roboters so in Echtzeit korrigiert wird, dass sich praktisch eine ideale Bahnkurve ergibt und die Korrektursignale bezüglich der Abweichung von einer Ist-Bahnkurve (im Folgenden auch als Echtbahn bezeichnet) im Vergleich zu einer idealen Sollbahn (im Folgenden auch als Sollbahn bezeichnet) für die Korrektur der einzelnen Tintenstrahldüsen in der Matrix eines Tintenstrahldruckers verwendet wird.
Die Korrektur von Bahnkurven von Mehrachsrobotern ist bekannt. In der DE 196 48 430 A1 erfolgt eine Korrektur der Bahnkurve eines Mehrachs-Roboters, an dessen freien Ende ein Bearbeitungswerkzeug angeordnet ist in Verbindung zu einem zu bearbeitenden Werkstück.
In der DE 10 2007 024 143 A1 wird eine Bewegungssteuerung für elastische Roboterstrukturen beschrieben, bei der die Bahnkorrekturwerte für die einzelnen Bahnpunkte auf der Roboterbahn demnächst einem dynamischen Robotermodell berechnet werden und hieraus korrigierte Achsenkoordinaten für die einzelnen Bahnpunkte erzeugt werden.
Bisher war es jedoch nicht bekannt, einen Mehrachs-Roboter als Druckwerkzeug für das Bedrucken eines zwei- oder dreidimensionalen Gegenstandes zu verwenden, bei dem die Korrektur der Bahnabweichung in Fast-Echtzeit erfolgt.
Entscheidend ist nämlich nicht, dass die Bahnkurve korrigiert wird, wie es die beiden vorgenannten Druckschriften lehrt, sondern entscheidend im Sinne der vorliegenden Erfindung ist, dass das Korrektursignal zur direkten Ansteuerung der in einer Druckkopf-Matrix angeordneten Tintenstrahldüsen verwendet wird.
Der Begriff „Druckkopf-Matrix“ eines Tintenstrahldruckers bedeutet, dass eine Vielzahl von Tintenstrahldüsen in einer reihen- und spaltenförmigen Anordnung angeordnet sind, wobei der Durchfluss durch jede Tintenstrahldüse gesondert geregelt werden kann. Es handelt sich also bevorzugt um eine zweidimensional ausgebildete Druckkopfmatrix, bei der zeilen- und spaltenweise die einzelnen ansteuerbaren Druckköpfe angeordnet sind.
Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Die Erfindung kann auch nur zeilenweise ausgebildete Druckköpfe vorsehen, bei denen die einzeln ansteuerbaren Druckköpfe lediglich in einer einzigen Zeile fluchtend hintereinander angeordnet sind.
Der einfacheren Beschreibung wegen wird jedoch in der folgenden Beschreibung von einer Matrix-Anordnung einer sich in X-Y-Richtung erstreckenden Druckkopfmatrix ausgegangen.
Es versteht sich von selbst, dass für bestimmte Anwendungszwecke auch gekrümmte Druckkopf-Matrixen vorgesehen werden können, wie es beispielsweise die DE 10 2004 046 096 B3 lehrt.
Durch die unmittelbare Übertragung des Bahnkorrektursignals auf die Ansteueranordnung für die Ansteuerung der einzelnen Tintenstrahldüsen in der Druckkopfmatrix erfolgt eine Fast-Echtzeitkorrektur, und zwar in einer Geschwindigkeit und mit einem derartig geringen Zeitverzug, wie es bisher nicht bekannt war. Es wird gerade vermieden, das Korrektursignal zur Korrektur der Bahnkurve vorzusehen, sondern das Korrektursignal wird unmittelbar als Korrektursignal für die Farbsteuerung der Druckkopfmatrix verwendet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Mehrachs-Roboter als Sechs-Achsen-Roboter ausgebildet. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Es können auch sämtliche anderen Roboter-Anordnungen verwendet werden, wie z. B. Drei-Achs-, Vier-Achs-, Fünf-Achs- usw. -Roboter verwendet werden.
Um eine in Fast-Echzeit-Korrektur der Druckkopfsteuerung durchzuführen, werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt:

1.1 Lesen der aktuellen Position des Roboters (1) mit einem bahnerfassenden Messgerät
1.2 Vergleichen der realen Position des Roboters (1) mit der geforderten Position
1.3 Berechnen der Abweichung (dx, dy, dz)
1.4 Berechnen eines daraus resultierenden Korrekturwertes (32-35) in einer mindestens zwei-dimensionalen Matrix
1.5 Übertragung des Korrekturwertes (32-35) auf die Druckkopf-Matrix (14-17)
1.6 Veränderung der einzelnen Pixel (27-30) jeder Druckkopf-Matrix (14-17) entsprechend der berechneten pixel-bezogenen Bahnabweichung durch Rotation und/oder Translation von Pixel-Positionen (27, 27a, 28, 28a, 29, 29b, 30, 30a)
1.7 Drucken der korrigierten Pixel-Matrix auf das Werkstück (10)
1.8 Wiederholung der Verfahrensschritte 1.1 bis 1.6 bis jede Reihe und/oder Spalte der Matrix der Druckkopf-Matrix (14-17) in einem bestimmten Zeitraum ausgedruckt ist.

Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass keine komplizierten Regelmechanismen an der Bewegungsbahn des Roboters selbst ausgeführt werden, die eine hohe Rechenleistung und eine aufwändige Steuerung bedürfen, sondern dass die Korrektursignale zwischen der Echtbahn und der Sollbahn direkt zur Ansteuerung der einzelnen Tintenstrahldüsen des Tintenstrahldruckers verwendet werden.
Unter dem Begriff Tintenstrahl-Druckkopf-Anordnung wird eine Reihe von Ausführungsformen verstanden, die alle von der vorliegenden Erfindung umfasst sein sollen.
Im einfachsten Fall wird hierunter eine einfache zweidimensionale oder eindimensionale Tintenstrahlanordnung verstanden, die nur zur Abgabe eines einzigen Mediums geeignet ist.
In anderen Ausführungsformen wird die Druckkopf-Anordnung jedoch aus einer Mehrzahl von unterschiedlichen Tintenstrahl-Matrizen bestehen, wobei jede Tintenstrahl-Matrix einen eigenen Druckkopf bildet und die jeweilige Matrix dieses Druckkopfes durch die vorgenannten Korrektursignale ansteuerbar ist.
Auf diese Weise können eine Reihe von unterschiedlichen Druckköpfen in einer Druckkopfanordnung zusammengefasst sein, und es können auch mehrere Druckkopfanordnungen hintereinander liegend auf einer Bewegungsbahn eines Roboters angeordnet werden, an denen der zu bedruckende Gegenstand vorbeigeführt wird.
Vorstehend wurde ausgeführt, dass die X-Y-Matrix der Tintenstrahldüsen entsprechend der in X-Y-Richtung verlaufenden Bahnkurve korrigiert wird. Es werden nur diejenigen Tintenstrahldüsen angesteuert, deren Druckbild (Tintenabgabe) der in Fast-Echtzeit berechneten Sollbahn der Bahnkurve entspricht. In einer Weiterbildung ist es vorgesehen, dass auch eine Korrektur in der Z-Achse erfolgt. Dies erfolgt dadurch, dass die Strahlstärke und/oder Strahllänge (=Weite) der einzelnen Tintenstrahldüsen geregelt wird.
Damit wird eine Anpassung der Tintenstrahldruck-Anordnung an eine auch in der Z-Achse verlaufenden Bahnkurve erreicht.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
Es zeigen:

1: schematisierte Darstellung der Bedruckung eines Gegenstandes mit einem Sechs-Achs-Roboter
2: schematisiert die Druckkopf-Anordnung nach 1 mit Darstellung weiterer Einzelheiten
3: perspektivische Darstellung einer Druckkopfanordnung, die am freien Ende eines Sechs-Achs-Roboters entlang einer Bewegungsbahn geführt wird
4: das Druckbild der Druckkopfanordnung bei nicht korrigierter Bewegungsbahn
5: das Druckbild der Druckkopfanordnung bei korrigierter Bewegungsbahn
6: schematisiert die Darstellung der Erfassung der Korrektursignale
7: der Vergleich einer theoretischen Bahn zu einer Echtbahn und die Berechnung der Korrekturwerte
8: ein in Fast-Echtzeit ablaufendes Berechnungsprogramm zur Berechnung der Bahnpunkte auf der theoretischen Bahn
9: die Korrektur jeder Tintenstrahldüse in Fast-Echtzeit
10: die Draufsicht auf die in Form von Pixeln angeordneten Tintenstrahldüsen einer Druckkopfmatrix ohne Korrektur
11: die gleiche Darstellung wie 10, wenn die Druckkopfmatrix korrigiert wird
12: ein gegenüber 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei dem die Druckkopfanordnung am Mehrachs-Roboter entlang einer Bewegungsbahn an dem im Wesentlichen feststehenden zu bedruckenden Gegenstand entlang geführt wird

In 1 ist ein Mehrachs-Roboter 1 in seiner Ausgestaltung als Sechs-Achs-Roboter dargestellt, wobei auf einem bodenseitigen Drehgestell 2 ein Ständer 3 in den Pfeilrichtungen 7 drehbar angeordnet ist.
Am oberen Ende des Ständers 3 ist über ein erstes Schwenkgelenk ein Schwenkarm 4 angeordnet, der in den Pfeilrichtungen 8 verschwenkbar ist, wobei an dessen vorderen freien Ende über ein weiteres Schwenkgelenk ein weiterer Schwenkarm 5 aufgenommen ist, der ebenfalls in den Pfeilrichtungen 8 verschwenkbar ist.
Am vorderen freien Ende des Schwenkarmes 5 ist ein Drehkopf 6 angeordnet, der in den Pfeilrichtungen 9 drehbar ausgebildet ist und der an seinem vorderen freien Ende ein zu beschichtendes und/oder zu bedruckendes Werkstück 10 trägt.
Dieses Werkstück 10 wird entlang einer von der Robotersteuerung vorgegebenen Echtbahn 11 an einer im Wesentlichen ortsfesten Druckkopfanordnung 13 vorbeigeführt, wobei eine Reihe von Druckkopf-Matrixen 14-17 einen Tintenstrahl auf die Oberfläche des Werkstücks 10 abgeben und dieses somit bedrucken und/oder beschichten.
Wichtig ist nun, dass die Echtbahn 11 des Mehrachs-Roboters 1 zu einer unerwünschten Verzerrung des Druckbildes führt, weil die Echtbahn mit Fehlern behaftet ist und deshalb es nicht möglich ist, ein mit feinster Auflösung verzerrungsfreies Druckbild auf das Werkstück 10 aufzubringen.
Zu diesem Zweck sieht die Erfindung vor, dass in einer nicht näher dargestellten Steuerung in Abhängigkeit von der Echtbahn eine idealisierte Sollbahn 12 berechnet wird und dass die Druckkopf-Anordnung 13 mit dem dort angeordneten Druckkopf-Matrixen 14-17 dergestalt angesteuert wird, dass die Bedruckung so erfolgt, also ob das Werkstück 10 auf der Sollbahn 12 an der Druckkopf-Anordnung 13 vorbeigeführt werden würde.
In 2 ist die Druckkopfanordnung 13 noch größer dargestellt, wo erkennbar ist, dass beispielsweise über die Druckkopf-Matrixen 14-17 die Farben rot, gelb, blau und grün abgegeben werden und dass jeweils eine Vielzahl von Tintenstrahlen 24, 24a, 24b, 24c, 24d aus den pixelförmig die Druckkopf-Matrix 14-17 bildenden Druckköpfen abgegeben werden.
Jeder Druckkopf-Matrix 14-17 ist eine Messachse 19-22 zugeordnet, um einen eindeutigen geometrischen Bezug zur Druckkopf-Matrix 14-17 zu ermöglichen. Im Bereich der Messachse 19-22 kann dann beispielsweise ein Referenzpunkt 23 definiert werden, und die Sollbahn 12 mit dem zu bedruckenden Gegenstand 10 soll beispielsweise alle Referenzpunkte 23 auf allen Messachsen 19-22 schneiden.
Die 3 zeigt entsprechend der äquivalenten Ausführung der 1 und entsprechend der Darstellung in 12, dass es möglich ist, die Druckkopf-Anordnung 13 in Pfeilrichtung 31 an einem im Wesentlichen festgehaltenen Werkstück 10 entlang zu führen, wobei es selbstverständlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, dass das Werkstück selbst noch bewegt werden kann, z. B. in dem es rotiert wird oder mit einem X-Y-Schlitten entlang einer Ebene bewegt wird.
Ebenso ist es möglich, statt eines X-Y-Verschiebesystems auch ein X-Y-Z-Verschiebesystem für die verschiebbare Lagerung des Werkstückes 10 vorzusehen, an dem vorbei nun die Druckkopf-Anordnung 13 unter der Bahnsteuerung des Mehrachs-Roboters 1 entlang geführt wird.
Es ist erkennbar, dass die Echtbahn 11, mit der der Roboter die Druckkopf-Anordnung 13 entlang dem im Wesentlichen festgehaltenen Werkstück 10 führt, von der idealen Sollbahn 12 abweichen kann.
Eine solche Abweichung ist in den 4 und 5 dargestellt. Eine einzige Druckkopf-Matrix 14-17 erzeugt dann mit dem zeilen- und spaltenförmig angeordneten Druckköpfen jeweils ein Druckbild 25, bei dem die einzelnen Pixel 27-30 der jeweiligen Tintenstrahldüse verzerrt und ungenau das Druckbild 25 formen.
Wird hingegen das Korrektursignal zwischen der Echtbahn 11 und der Sollbahn 12 zur gesteuerten Ansteuerung der einzelnen Tintenstrahldüsen in der Druckkopf-Matrix 14-17 verwendet, ergibt sich für jede Druckkopf-Matrix 14, 17 ein korrigiertes Druckbild 25a gemäß 5. Demzufolge wurde das unkorrigierte Pixel 27 in das jeweils korrigierte Pixel a übergeführt, und dies gilt auch für die anderen Pixel 28-30.
Die 6 zeigt nun die Berechnung der Bahnabweichung zwischen der Echtbahn 11 und der Sollbahn 12, wobei für jede Druckkopf-Matrix 14-17 ein Korrekturwert 32-35 errechnet wird, und entsprechend diesem Korrekturwert 32-35 werden nun andere Tintenstrahldüsen in der Druckkopf-Matrix nach 4 angesteuert, um so ein korrigiertes Druckbild 25a nach 5 zu erreichen.
Die 7 zeigt, dass zur Berechnung der Bahnabweichung auf der Echtbahn 11 hintereinander folgend die Punkte P1-P4 berechnet werden und danach in Fast-Echtzeit der nächstfolgende Schnittpunkt 36 auf der Echtbahn 11 berechnet werden muss, um sehr schnell das Korrektursignal 32-35 zu berechnen, um so den Schnittpunkt 37 auf der Sollbahn 12 zu berechnen. Auf diese Weise werden alle Punkte auf der Sollbahn 12 berechnet, und der jeweilige Korrekturwert 32-35 wird zur Ansteuerung der Tintenstrahldüsen in der Druckkopf-Matrix verwendet.
Die 8 zeigt beispielhaft die Berechnung des Schnittpunktes 37 (Punkt pn) auf der Sollbahn 12, wobei eine Linearisierung zwischen den Punkten P1, P2, P3 und P4 vorgenommen wird, um so die Lage des Schnittpunktes 37 durch die Linearisierungs-Berechnung zu bestimmen.
Demgemäß wird jedes Pixel (Tintenstrahldüse in der Matrix 14-17) von einem unkorrigierten Wert 27 in einen korrigierten Wert 27a übergeführt, wobei z. B. das unkorrigierte Pixel die Matrixkoordinate 10/25 aufweisen kann, während die korrigierte Tintenstrahldüse, die das korrigierte Pixel 27a abgibt, die Matrixkoordinate 12/23 aufweisen kann.
Es werden dementsprechend also unterschiedliche Tintenstrahldüsen angesteuert, wie dies in 10 mit Vergleich der 11 dargestellt ist.
Bei nicht korrigiertem Druckkopf würden die Tintenstrahldüsen entsprechend den Pixeln 27, 28, 29 ihre Farbe auf das zu beschichtende Werkstück 10 abgeben, und bei korrigiertem Druckkopf wird nun eine vollkommen andere Tintenstrahldüse angesteuert, die nun im Rahmen des korrigierten Druckbildes 25a an der Stelle sitzt, wo das korrigierte Pixel 27a, 28a, 29a abgegeben wird.
Die 12 zeigt die kinematische Umkehrung zur 1 und entspricht der Darstellung in 3. Dort ist erkennbar, dass die Relativbewegung zwischen dem zu bedruckenden Werkstück 10 und der Druckkopf-Anordnung 13 auch dadurch erreicht werden kann, dass die Druckkopf-Anordnung 13 am freien vorderen Ende des Mehrachs-Roboters angeordnet ist. Es kann drehbar ausgebildet sein, oder es kann in einem X-Y-Schlittensystem oder in einem X-Y-Z-Schlittensystem fahrbar gesteuert gehalten sein.
Wichtig bei allen Ausführungsformen ist, dass nun in Fast-Echtzeit ein Druckbild bisher nicht erreichter Qualität auf dem zu bedruckenden Gegenstand erzielbar ist, weil die Abweichungen zwischen der durchfahrenen Echtbahn und der für die Erreichung eines idealen Druckbildes gegebenen Sollbahn unmittelbar zur Ansteuerung der einzelnen Tintenstrahldüsen einer Druckkopf-Anordnung verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Mehrachs-Roboter
2: Drehgestell
3: Ständer
4: Schwenkarm
5: Schwenkarm
6: Drehkopf
7: Pfeilrichtung
8: Pfeilrichtung
9: Pfeilrichtung
10: Werkstück
11: Echtbahn
12: Sollbahn
13: Druckkopf-Anordnung a, b
14: Druckkopf-Matrix
15: Druckkopf-Matrix
16: Druckkopf-Matrix
17: Druckkopf-Matrix
18: Pfeilrichtung
19: Messachse
20: Messachse
21: Messachse
22: Messachse
23: Referenzpunkt
24: Tintenstrahl a, b, c, d
25: Druckbild (ohne Korrektur)
25a: Druckbild (mit Korrektur)
27: Pixel a
28: Pixel a
29: Pixel a
30: Pixel a
31: Pfeilrichtung
32: Korrekturwert
33: Korrekturwert
34: Korrekturwert
35: Korrekturwert
36: Schnittpunkt (Echtbahn 11)
37: Schnittpunkt (Sollbahn 12)

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zum Beschichten und/oder Bedrucken eines Werkstücks (10) mit einer Tintenstrahl-Druckkopf-Anordnung (13), wobei am bewegbaren Teil der Vorrichtung wahlweise entweder das Werkstück (10) oder die Druckkopf-Anordnung (13) befestigt ist, wobei die Vorrichtung als Mehrachs-Roboter (1) ausgebildet ist, an dessen Drehkopf (6) entweder das Werkstück (10) oder die Druckkopf-Anordnung (13) angeordnet ist, wobei das Werkstück (10) entlang einer Bewegungsbahn (11, 12) relativ zur Druckkopf-Anordnung (13) gesteuert bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine dreidimensionale Bahnabweichung (dx, dy, dz) zwischen der tatsächlich durchfahrenen Bewegungsbahn, Echtbahn (11), und einer geforderten Bewegungsbahn, Sollbahn (12), in Echtzeit als Korrektursignal zur Ansteuerung der Druckkopf-Matrix (14-17) der Druckkopf-Anordnung (13) verwendet wird, und wobei das Korrekturverfahren zur Ansteuerung von einzelnen Pixeln (27-30) jeweils einer Druckkopf-Matrix (14-17) mit folgenden Verfahrensschritten abläuft: 1.1 Lesen der aktuellen Position des Roboters (1) mit einem bahnerfassenden Messgerät, 1.2 Vergleichen der realen Position des Roboters (1) mit der geforderten Position, 1.3 Berechnen der dreidimensionalen Abweichung (dx, dy, dz), 1.4 Berechnen eines daraus resultierenden Korrekturwertes (32-35) in einer mindestens zwei-dimensionalen Matrix für dx und dy, 1.5 Übertragung des Korrekturwertes (32-35) auf die Druckkopf-Matrix (14-17) 1.6 Veränderung der einzelnen Pixel (27-30) jeder Druckkopf-Matrix (14-17) entsprechend der berechneten pixel-bezogenen Bahnabweichung durch Rotation und/oder Translation von Pixel-Positionen (27, 27a, 28, 28a, 29, 29b, 30, 30a), 1.7 Drucken der korrigierten Pixel-Matrix auf das Werkstück (10), 1.8 Wiederholung der Verfahrensschritte 1.1 bis 1.7 bis jede Reihe und/oder Spalte der Matrix der Druckkopf-Matrix (14-17) in einem bestimmten Zeitraum ausgedruckt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrachs-Roboter (1) ein 6-Achsen-Roboter ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung der Bahnkurve in Z-Richtung durch die Korrektur der Spritzweite der Tintenstrahldüsen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung der Bahnkurve in Z-Richtung durch die Korrektur der Bahnkurve (11, 12) des Mehrachs-Roboters (1) erfolgt.
Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tintenstrahl-Druckkopf-Anordnung (13) aus mehreren Druckkopf-Matrixen (14-17) besteht, die zusammen in einem Gehäuseblock angeordnet sind.