JP2015134410A - 印刷装置および印刷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業者への負担が増大することなく、かつ、治具を用いずに被印刷物における印刷面の所望の位置に印刷することが可能な印刷装置および印刷方法を提供する。
【解決手段】印刷データに基づいて所定の印刷を行う印刷装置において、複数の立体形状の被印刷物が載置されるテーブルに対して所定のパターンを投影する投影手段と、テーブルに投影された所定のパターンを撮影する撮影手段と、テーブルに載置された複数の被印刷物の３次元情報を取得する３次元情報取得手段と、３次元情報取得手段により取得した３次元情報から、被印刷物の配置位置および姿勢を認識する姿勢認識手段と、入力された印刷画像を、姿勢認識手段により認識した被印刷物の配置位置および姿勢に基づいて被印刷物上に配置する配置手段と、配置手段により配置された印刷画像に基づいて、印刷データを作成する印刷データ作成手段とを有するようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、印刷装置および印刷方法に関し、さらに詳細には、立体形状の被印刷物の印刷面に所望の印刷を行う印刷装置および印刷方法に関する。

従来より、マイクロコンピューターによって全体の動作を制御され、テーブルに載置された被印刷物に対して印刷ヘッドを同一平面内の直交する２方向に変位させるようにした、所謂、フラットベッドタイプの印刷装置が知られている。

また、通常、立体形状の被印刷物の印刷面に印刷を行う際には、こうしたフラットヘッドタイプの印刷装置が用いられる。

このフラットベッドタイプの印刷装置により立体形状の被印刷物に印刷を行うときには、立体形状の被印刷物をテーブルの所定の位置に載置した後、当該被印刷物の印刷面に印刷データに基づいて印刷を行うようになされている。

ここで、こうした印刷装置においては、被印刷物の印刷面の所定の位置に印刷を行うために、当該被印刷物を予め決められた位置や姿勢で正確に載置する必要がある。このため、事前に被印刷物の寸法を測定するなどして、被印刷物を載置する位置や姿勢を正確に決定しておく必要があった。

こうした作業により、印刷装置による被印刷物への印刷において、作業工程が増えてしまい、作業者の負担が増大することが問題点として指摘されていた。

こうした問題点を解決するための手法として、例えば、特許文献１に開示された技術が提案されている。

即ち、特許文献１に開示された技術においては、テーブルに固定可能であって、立体形状の被印刷物を複数収容可能な治具を作製し、印刷時には、テーブルに治具を固定するとともに、当該治具に複数の被印刷物を収容するようにしたものである。なお、治具において被印刷物を収容する位置は、予め決められた位置となっており、この位置は、印刷装置を制御するマイクロコンピューターに予め入力されていることとなる。

これにより、特許文献１に開示された技術では、治具により立体形状の被印刷物の位置決めがなされることとなり、当該被印刷物の印刷面の所定の位置に印刷を行うことが可能となるものとされている。

しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、被印刷物の形状や大きさに合わせて治具を作製しなければならず、治具作製の手間を要するとともに、少量生産の際にコスト高を招来することが問題点として指摘されていた。

特開２００７−１３６７６４号公報

本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、作業者への負担が増大することなく、かつ、治具を用いずに被印刷物における印刷面の所望の位置に印刷することが可能な印刷装置および印刷方法を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明による印刷装置は、印刷データに基づいて所定の印刷を行う印刷装置において、複数の立体形状の被印刷物が載置されるテーブルに対して所定のパターンを投影する投影手段と、上記テーブルに投影された所定のパターンを撮影する撮影手段と、上記テーブルに載置された複数の上記被印刷物の３次元情報を取得する３次元情報取得手段と、上記３次元情報取得手段により取得した３次元情報から、上記被印刷物の配置位置および姿勢を認識する姿勢認識手段と、入力された印刷画像を、上記姿勢認識手段により認識した上記被印刷物の配置位置および姿勢に基づいて上記被印刷物上に配置する配置手段と、配置手段により配置された上記印刷画像に基づいて、印刷データを作成する印刷データ作成手段とを有するようにしたものである。

また、本発明による印刷装置は、上記した印刷装置において、さらに、上記３次元情報取得手段により取得した３次元情報から上記被印刷物において最も高い高さ情報を取得し、取得した高さ情報に基づいて、上記被印刷物の印刷面に印刷を行う印刷ヘッドと、上記テーブルとの間隔を調整する調整手段とを有するようにしたものである。

また、本発明による印刷装置は、上記した印刷装置において、上記３次元情報取得手段は、上記テーブルに載置された複数の上記被印刷物の３次元情報を、位相シフト空間コード化法により取得するようにしたものである。

また、本発明による印刷装置は、上記した印刷装置において、上記姿勢認識手段は、上記３次元情報取得手段から取得した３次元情報たる点群データを上記被印刷物ごとに分割する分割手段と、上記点群データから、基準となる第１の点群データと、複数の上記被印刷物を表す第２の点群データとを設定する設定手段と、上記第１の点群データから第１の距離画像を作成するとともに、上記第２の点群データから第２の距離画像を作成する距離画像作成手段と、上記第１の距離画像を上記第２の距離画像と一致させる第１の変換行列を算出する第１の算出手段と、上記第１の変換行列を３次元座標変換可能なように拡張し、ＩＣＰアルゴリズムにより第１の点群データの３次元座標を変換する変換行列たる第２の変換行列を算出する第２の算出手段と、上記第２の変換行列を用いて、上記第１の距離画像上の２次元画像を上記第２の距離画像上へ配置するための第３の変換行列を算出する第３の算出手段とを有し、上記配置手段は、上記第１の距離画像上に入力された上記印刷画像を、上記第３の変換行列を用いて、上記第２の印刷画像上に配置するようにしたものである。

また、本発明による印刷装置は、上記した印刷装置において、上記印刷ヘッドは、インクジェット方式によりインクを吐出するインクヘッドであるようにしたものである。

また、本発明による印刷方法は、複数の立体形状の被印刷物が載置されるテーブルに対して所定のパターンを投影する投影手段と、上記テーブルに投影された上記所定のパターンを撮影する撮影手段とを有し、印刷データに基づいて所定の印刷を行う印刷装置における印刷方法であって、上記テーブルに載置された複数の上記被印刷物の３次元情報を取得する第１の工程と、上記第１の工程で取得した３次元情報から、上記被印刷物の配置位置および姿勢を認識する第２の工程と、入力された印刷画像を、上記第２の工程で認識した被印刷物の配置位置および姿勢に基づいて上記被印刷物上に配置する第３の工程と、上記第３の工程で配置された上記印刷画像に基づいて、印刷データを作成する第４の工程とを上記印刷装置が実行するようにしたものである。

また、本発明による印刷方法は、上記した印刷方法において、さらに、上記第１の工程で取得した３次元情報から上記被印刷物において最も高い高さ情報を取得し、取得した高さ情報に基づいて、上記被印刷物の印刷面に印刷を行う印刷ヘッドと、上記テーブルとの間隔を調整する第５の工程とを上記印刷装置が実行するようにしたものである。

また、本発明による印刷方法は、上記した印刷方法において、上記第１の工程では、上記テーブルに載置された上記被印刷物の３次元情報を、位相シフト空間コード化法により取得するようにしたものである。

また、本発明による印刷方法は、上記した印刷方法において、上記第２の工程では、上記第１の工程で取得した３次元情報たる点群データを上記被印刷物毎に分割する工程と、上記点群データから、基準となる第１の点群データと、複数の被印刷物を表す第２の点群データとを設定する工程と、上記第１の点群データから第１の距離画像を作成するとともに、上記第２の点群データから第２の距離画像を作成する工程と、上記第１の距離画像を上記第２の距離画像と一致させる第１の変換行列を算出する工程と、上記第１の変換行列を３次元座標変換可能なように変換し、ＩＣＰアルゴリズムにより第１の点群データの３次元座標を変換する変換行列たる第２の変換行列を算出する工程と、上記第２の変換行列を用いて、上記第１の距離画像上の２次元画像を上記第２の距離画像上へ配置するための第３の変換行列を算出する工程とを有し、上記第３の工程では、上記第１の距離画像上に入力された上記印刷画像を、上記第３の変換行列を用いて上記第２の印刷画像上に配置するようにしたものである。

また、本発明による印刷方法は、上記した印刷方法において、上記印刷ヘッドは、インクジェット方式によりインクを吐出するインクヘッドであるようにしたものである。

本発明は、以上説明したように構成されているので、作業者への負担が増大することなく、かつ、治具を用いずに被印刷物における印刷面の所望の位置に印刷することが可能であるという優れた効果を奏するものである。

図１は、本発明による印刷装置を示す概略構成説明図である。 図２は、マイクロコンピューターの機能的構成を示すブロック構成説明図である。 図３（ａ）は、複数の被印刷物の点群データを示す説明図であり、また、図３（ｂ）は、点群データを分割してクラスタを作成した状態を示す説明図である。 図４（ａ）は、ソース点群データを作成するとともに、ターゲット点群データを設定した状態を示す説明図であり、また、図４（ｂ）は、点群データから距離画像を作成することを説明する説明図である。 図５（ａ）は、ソース距離画像を各ターゲット距離画像に重ねることを説明する説明図であり、また、図５（ｂ）は、ソース点群データの２次元成分をターゲット点群データに近づけた状態を示す説明図である。 図６は、変換行列Ａ_４４によりソース点群データを２次元成分をターゲット点群データに近づけた画像と、変換行列Ａ_ＩＣＰにより３次元での位置合わせを最適化した状態の画像とを示す説明図である。 図７は、ソース距離画像からターゲット距離画像への変換を説明する説明図である。 図８（ａ）は、ソース距離画像上に印刷画像が配置された状態を示す説明図であり、また、図８（ｂ）は、ターゲット距離画像上に印刷画像が載置された状態を示す説明図である。 図９（ａ）は、テーブル上に取り付けられたシート上に印刷されたチェッカーパターンを示す説明図であり、また、図９（ｂ）は、チェッカーパターンにグレイコードパターンを投影し、空間コード画像を取得することを説明する説明図である。 図１０は、本発明による印刷装置における印刷データ作成処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。 図１１は、３次元情報取得処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。 図１２は、姿勢認識処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。 図１３は、本発明による印刷装置の変形例を示す概略構成説明図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による印刷装置および印刷方法の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。

まず、図１には、本発明による印刷装置の概略構成説明図が示されている。

この図１に示す印刷装置１０は、所謂、フラットベッドタイプのインクジェットプリンタであって、固定系のベース部材１２と、ベース部材１２上において上面１４ａに立体形状の被印刷物２００が載置されるテーブル１４と、Ｘ軸方向に延設された棒状部材１６を備え、棒状部材１６がテーブルの上方側をＹ軸方向に摺動自在に配設された移動部材１８と、棒状部材１６においてＸ軸方向に摺動自在に設けられ、テーブル１４に載置された被印刷物２００の印刷面に対して印刷を行う印刷ヘッド２０と、ベース部材１２の後方側において立設された立設部材２２と、立設部材２２に配設され、テーブル１４の上面１４ａ全体に対して所定のパターン（グレイコードパターンや２値化投影パターンなどである。）を投影するプロジェクタ２４と、立設部材２２に配設され、テーブル１４の上面１４ａ全体を撮影可能なカメラ２６とを有して構成されている。

なお、こうした印刷装置１０の全体の動作は、マイクロコンピューター３００によって制御される。

より詳細には、テーブル１４は、ベース部材１２上に設けられており、図示しない移動機構によってＺ軸方向を所定の範囲で移動することが可能となっている。

これにより、テーブル１４の上面１４ａに載置された被印刷物２００をＺ軸方向で移動することができる。

なお、テーブル１４が昇降する範囲としては、例えば、印刷装置１０において印刷可能な被印刷物２００の厚さの範囲と一致する。

また、テーブル１４は上面１４ａが平坦となっており、この上面１４ａに被印刷物２００が載置される。

なお、この被印刷物２００の形状としては、テーブル１４に載置することが可能であるとともに、テーブル１４に載置した際に、印刷ヘッド２０と所定の間隔を空けて載置することが可能であれば、どのような形状でもよい。

さらに、被印刷物２００の印刷面は、平坦な形状、上方側に凸となるような湾曲形状、下方側に凸となるような湾曲形状、角のある凹凸形状、角のない凹凸形状など様々な形状であってよい。なお、印刷面における高低差は、印刷ヘッド２０により正常にインクを塗布することが可能な高低差以内となるようにする。

また、テーブル１４をＺ軸方向で移動させる移動機構（図示せず。）は、例えば、ギアとモーターとの組合せによる従来より公知の技術を用いて構成され、マイクロコンピューター３００によりその動作が制御される。

ベース部材１２の左方側端部近傍および右方側端部近傍には、Ｙ軸方向にガイド溝２８ａ、２８ｂが延設されており、移動部材１８は、このガイド溝２８ａ、２８ｂに沿って図示しない移動機構によりＹ軸方向に移動する。

なお、移動部材１８をＹ軸方向に移動させる移動機構（図示せず。）は、例えば、ギアとモーターとの組合せによる従来より公知の技術を用いて構成され、マイクロコンピューター３００によりその動作が制御される。

そして、移動部材１８は、棒状部材１６の前面に設けられたガイドレール（図示せず。）に摺動自在に印刷ヘッド２０が設けられている。

この印刷ヘッド２０は、インクジェット方式によりインクを吐出するインクヘッドである。

印刷ヘッド２０には、Ｘ軸方向に移動自在にベルト（図示せず。）が設けられており、このベルトが図示しない移動機構によって巻き取られることにより当該ベルトが移動し、このベルトの移動に伴って、印刷ヘッドがＸ軸方向を左方側から右方側、右方側から左方側に移動することとなる。

また、ベルト（図示せず。）巻き取って印刷ヘッド２０をＸ軸方向に移動させる移動機構（図示せず。）は、例えば、ギアとモーターとの組合せによる従来より公知の技術を用いて構成され、マイクロコンピューター３００によりその動作が制御される。

なお、本明細書において「インクジェット方式」とは、二値偏向方式あるいは連続偏向方式などの各種の連続方式や、サーマル方式あるいは圧電素子方式などの各種のオンデマンド方式を含む、従来より公知の各種の手法によるインクジェット技術による印刷方式を意味するものとする。

プロジェクタ２４は、立設部材２２に固定的に配設されており、マイクロコンピューター３００により制御されている。

そして、プロジェクタ２４からは、マイクロコンピューター３００の制御により、テーブル１４の上面１４ａに垂直方向および水平方向でそれぞれ所定のグレイコードパターンと、それぞれ一定の幅を有するとともに幅方向と直交する所定の方向に延長するスリット状の光透過領域１００ａとスリットの枠に相当する光非透過領域１００ｂとが、交互に連続するようにして形成される２値化投影パターンとを投影する。

また、カメラ２６は、プロジェクタ２４の投影方向とは異なる方向から、テーブル１４の上面１４ａ全体を撮影することができるように立設部材２２に固定的に配設されており、マイクロコンピューター３００により制御されている。

マイクロコンピューター３００は、印刷装置１０の全体の動作を制御するとともに、テーブル１４上に載置された複数の被印刷物の姿勢や配置位置の認識を行い、この認識に基づいて、作業者から入力された印刷画像を各被印刷物の所定の位置に印刷する印刷データを作成する。

ここで、図２を参照しながら、マイクロコンピューター３００の機能的構成について説明する。

即ち、マイクロコンピューター３００は、印刷装置１０の全体の動作を制御する制御部３０２と、テーブル１４上に載置された複数の被印刷物２００の配置位置や姿勢を認識する認識部３０４と、複数の被印刷物２００の印刷面に印刷を行うための印刷データを作成する印刷データ作成部３０６と、作成された印刷データやその他各種の情報を記憶する記憶部３０８と、テーブル１４上に載置された複数の被印刷物２００の画像や各種の画像および情報を表示する表示部３１０とを有して構成されている。

制御部３０２は、例えば、移動機構（図示せず。）を駆動し、印刷ヘッド２０のＸ軸方向に移動、移動部材１８のＹ軸方向の移動、テーブル１４のＺ軸方向の移動を含む各構成部材の動作を制御する。

なお、テーブル１４のＺ軸方向の移動については、Ｚ軸方向移動制御部３１２により制御され、このＺ軸方向移動制御部３１２は、認識部３０４で取得した３次元情報から被印刷物２００における最も高い高さ情報（Ｚ座標値）を取得し、この高さ情報に基づいてテーブル１４を昇降する。

また、認識部３０４は、テーブル１４上に載置した被印刷物２００の３次元情報を取得する３次元情報取得部３１４と、取得した３次元情報から被印刷物２００の点群データを作成する点群データ作成部３１６と、点群データをまとめ、被印刷物２００を表すクラスタを作成するクラスタ作成部３１８と、作成したクラスタをターゲット点群データと設定するとともにターゲット点群データの１つからソース点群データを作成するソース点群データ作成部３２０と、各点群データから距離画像を作成する距離画像作成部３２２と、ソース距離画像をターゲット距離画像と最も近似する角度で回転するための第１の変換行列を算出する第１の変換行列算出部３２４と、算出した第１の変換行列から、より正確にソース点群データとターゲット点群データとを近似させるための第２の変換行列を算出する第２の変換行列算出部３２６とを有して構成されている。

より詳細には、３次元情報取得部３１４は、複数の被印刷物２００が載置されたテーブル１４の上面１４ａに、プロジェクタ２４からグレイコードパターンを投影するとともに、カメラ２６により投影したグレイコードパターンを撮影して空間コード画像を取得し、取得した空間コード画像から被印刷物２００の３次元情報（点群）を取得する。

即ち、この３次元情報取得部３１４においては、空間コード化法によって、テーブル１４上に載置された被印刷物２００の３次元情報（点群）を取得することとなる。

なお、この３次元情報取得部３１４においては、空間コード化法ではなく、位相シフト空間コード化法により、テーブル１４上に載置した被印刷物２００の３次元情報（点群）を取得するようにしてもよい。

即ち、位相シフト空間コード化法により被印刷物２００の３次元情報（点群）を取得する際には、３次元情報取得部３１４は、複数の被印刷物２００が載置されたテーブル１４の上面１４ａに、プロジェクタ２４から所定の２値化投影パターンを所定の移動量でシフトしながら投影し、カメラ２６によりシフト毎に投影された画像を合成して位相シフトコード値を取得し、プロジェクタ２４から所定の２値化投影パターンを含む複数の２値化投影パターンを投影し、カメラ２６により各２値化投影パターンを撮影した画像を合成して空間コード値を取得し、位相シフトコード値と空間コード値とを用いて新たな空間コード値を取得して、被印刷物２００の３次元情報（点群）を取得する。

このように、位相シフト空間コード化法により３次元情報（点群）を取得することにより、通常の空間コード化法により取得した３次元情報（点群）よりも高分解能の３次元情報（点群）を取得することができ、より正確な被印刷物の姿勢および配置位置を認識することができるようになる。

なお、こうした空間コード化法による３次元情報を取得する技術については、従来より公知の技術を用いることができるため、その詳細な説明は省略することとする。

また、位相シフト空間コード化法により３次元情報を取得する技術については、例えば、特許第４９４４４３５号公報や特許第４８７４６５７号公報に開示された技術を用いることができるため、その詳細な説明は省略することとする。

点群データ作成部３１６は、３次元情報取得部３１４において取得したカメラ座標系で示された３次元座標を印刷座標系の値に変換するとともに、テーブル１４の上面１４ａ（Ｚ＝０）付近の点群を削除して、被印刷物２００のみの点群データを作成する（図３（ａ）を参照する。）。

具体的には、カメラ２６とテーブル１４の上面１４ａとのキャリブレーションにより算出された４×４変換行列Ｈ_Ｒ２Ｐ（後述する。）を用いて、次式により算出する。

クラスタ作成部３１８は、Ｅｕｃｌｉｄｅａｎ Ｃｌｕｓｔｅｒ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎアルゴリズムにより、テーブル１４上に載置された複数の被加工物２００を表す点群データを各被印刷物２００毎にそれぞれ分割し、被加工物２００を表すクラスタを作成する（図３（ｂ）を参照する。）。

なお、Ｅｕｃｌｉｄｅａｎ Ｃｌｕｓｔｅｒ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎアルゴリズムにつては、従来より公知の技術（Ｒ．Ｂ．Ｒｕｓｕ ａｎｄ Ｓ．Ｃｏｕｓｉｎｓ．３Ｄ ｉｓ ｈｅｒｅ：Ｐｏｉｎｔ Ｃｌｏｕｄ Ｌｉｂｒａｒｙ（ＰＣＬ），Ｉｎ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ（ＩＣＲＡ），Ｓｈａｎｇｈａｉ，Ｃｈｉｎａ，Ｍａｙ ９−１３ ２０１１．）であるため、その詳細な説明は省略することとする。

ソース点群データ作成部３２０は、複数の被加工物２００を表す複数のクラスタのうちの所定のクラスタをコピーしてソース点群データを作成する。このとき、当該複数のクラスタをターゲット点群データと設定する。

具体的には、図３（ｂ）に示す点群データでは、例えば、左上の点群データをコピーしてソース点群データを作成するとともに、図３（ｂ）に示す点群データをそれぞれターゲット点群データとする（図４（ａ）を参照する。）。このとき、ソース点群データの座標値は、表示領域の起点からの相対座標に変換する。

このようにして、コピー元の点群データを含む全ての点群データをターゲット点群データとすることにより、各クラスタを作業者が入力する印刷画像を配置する対象とする。

距離画像作成部３２２は、ソース点群データ作成部３２０において作成されたソース点群データおよびターゲット点群データから、距離画像を作成する（図４（ｂ）を参照する。）。

具体的には、ソース点群データからソース距離画像を作成する場合には、ソース点群データの３次元座標たるソース点群座標におけるＸ座標、Ｙ座標を、ソース距離画像の２次元座標のＸ座標、Ｙ座標とするとともに、ソース点群座標におけるＺ座標をグレー値として表す。

このとき、（ｘ、ｙ）座標は、点群データの平均点間距離を１ピクセルとする値に変換する。

即ち、点群データの３次元座標（ソース点群座標）を次式で距離画像の２次元座標（ソース距離画像座標）に変換する。
（Ｘ_ｓ，Ｙ_ｓ）：ソース点群座標
（ｕ_ｓ，ｖ_ｓ）：ソース距離画像座標
ｓ：３次元点群画像座標系（ｍｍ）から距離画像座標系への変換スケール

この点群データの座標値を距離画像の座標値に変換するスケールファクタｓは、プリンタの解像度がｒｅｓｏ（ｄｐｉ）、点群データの座標値の単位が（ｍｍ）の場合には、次式で表される。
ｓ＝ｒｅｓｏ／２５．４

また、グレー値の範囲は、全てのクラスタにおける点群データのＺ値の最小〜最大値を「０〜２５５」とする。

即ち、ソース点群データのＺ座標値Ｚ_ｓから対応するＸＹ座標値におけるグレー値を、最小値を「０」、最大値を「２５５」として決定する。

また、ターゲット点群データからターゲット距離画像を作成する場合には、ターゲット点群データの３次元座標たるターゲット点群座標におけるＸ座標、Ｙ座標を、ターゲット距離画像の２次元座標のＸ座標、Ｙ座標とするとともに、ターゲット点群座標におけるＺ座標をグレー値として表す。

このとき、（ｘ、ｙ）座標は、点群データの平均点間距離を１ピクセルとする値に変換する。

即ち、点群データの３次元座標（ターゲット点群座標）を次式で距離画像の２次元座標（ターゲット距離画像座標）に変換する。
（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ）：ターゲット点群座標
（ｕ_ｔ，ｖ_ｔ）：ターゲット距離画像座標
ｓ：３次元点群画像座標系（ｍｍ）から距離画像座標系への変換スケール

上記したように、この点群データの座標値を距離画像の座標値に変換するスケールファクタｓは、プリンタの解像度がｒｅｓｏ（ｄｐｉ）、点群データの座標値の単位が（ｍｍ）の場合には、次式で表される。
ｓ＝ｒｅｓｏ／２５．４

また、グレー値の範囲は、全てのクラスタにおける点群データのＺ値の最小〜最大値を「０〜２５５」とする。

即ち、ターゲット点群データのＺ座標値Ｚ_ｔから対応するＸＹ座標値におけるグレー値を、最小値を「０」、最大値を「２５５」として決定する。

第１の変換行列算出部３２４は、ソース点群データから作成したソース距離画像を、このソース距離画像の重心が各ターゲット点群データから作成したターゲット距離画像の重心に重なるように移動する（図５（ａ）を参照する。）。

そして、ソース距離画像を１度ずつ回転し、各ターゲット距離画像における正規化相互相関を取得する。この正規化相互相関が最も高くなる角度を、最もターゲット距離画像に近似したソース距離画像の回転角度とする。

その後、各ターゲット距離画像において、ソース距離画像をこの回転角度で回転するための第１の変換行列を算出する。

具体的には、ソース距離画像の重心（ｕｇｓ，ｖｇｓ）を原点へ移動するアフィン変換行列Ｔ_ｓは、
で表される。

また、原点からターゲット距離画像ｎの重心（ｕｇｔ_ｎ，ｖｇｔ_ｎ）へ移動するアフィン変換行列Ｔ_ｔは、
で表される。

さらに、角度θだけ回転するアフィン変換行列Ｒ（θ）は、
で表される。

上記したアフィン変換行列Ｔ_ｓ、Ｔ_ｔ、Ｒ（θ）を掛けあわせた変換行列Ａ（θ）を作成し（次式を参照する。）、角度θを１度ずつ回転して、変換行列Ａ（θ）を計算する。

その後、次式により、算出したＡ（θ）によりソース距離画像の座標値を変換して、ソース距離画像を変換し、角度θだけ回転したソース距離画像を取得する。

座標変換後のソース距離画像（つまり、角度θだけ回転したソース距離画像である。）と、ターゲット距離画像との一致の度合いを、正規化相互相関係数Ｒ_ＮＣＣで評価する。なお、正規化相互相関係数Ｒ_ＮＣＣは次式で表される。
Ｓ（ｉ，ｊ）：ソース距離画像の画素値
Ｔ（ｉ，ｊ）：ターゲット距離画像の画素値
Ｍ：距離画像の横方向ピクセル数
Ｎ：距離画像の縦方向ピクセル数

そして、角度θ＝０〜３５９度のうち、正規化相互相関係数Ｒ_ＮＣＣが最も大きくなる角度θにおけるＡ（θ）を、第１の変換行列Ａ_３３として取得する。なお、第１の変換行列Ａ_３３は、
で表される。

第２の変換行列算出部３２６は、第１の変換行列Ａ_３３から、より正確にソース点群データとターゲット点群データとを近似させるための第２の変換行列を算出する。なお、この第２の変換行列は、各ターゲット毎に算出される。

具体的には、第１の変換行列算出部３２４において算出された第１の変換行列Ａ_３３を、３次元座標変換用４×４行列へ拡張し、変換行列Ａ_４４を取得する。なお、この変換行列Ａ_４４は、
で表される。

なお、このとき、並進成分ａ_１３、ａ_２３を、３次元座標系から２次元座標系への変換スケールｓ（つまり、スケールファクタｓである。）分変換する。

そして、次式のようにして、この変換行列Ａ_４４を用いて、ソース点群データの２次元成分のみを変換し、ターゲット点群データに近づける（図５（ｂ）を参照する。）。

その後、ＩＣＰ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ）アルゴリズムにより、ソース点群データをターゲット点群データにより正確に近似させるための変換行列Ａ_ＩＣＰを算出する。

なお、このＩＣＰアルゴリズムについては、従来より公知の技術（Ｐａｕｌ Ｊ．Ｂｅｓｌ ａｎｄ Ｎｅｉｌ Ｄ．ＭｃＫａｙ．Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ３−ｄ ｓｈａｐｅｓ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．２，ｐｐ．２３９−２５６，Ｆｅｂｒｕａｒｙ １９９２．）であるため、その詳細な説明は省略することとする。

ここで、変換行列Ａ_４４は、離散的に１度ずつ回転した中での最適解であるので、当該変換行列により変換した点群データは正確に一致することはない。

しかしながら、ＩＣＰアルゴリズムによって、実際の配置方法や形状のバラツキによる３次元成分全体の姿勢のずれを最適化することができる。これにより、実際の形状に適した、より正確な位置合わせを行うことができる（図６を参照する。）。

なお、ＩＣＰアルゴリズムによって最適化する際には、変換行列Ａ_４４によるソース点群データの２次元成分の変換結果を初期値とする。

そして、ラフな変換行列Ａ_４４と、ＩＣＰアルゴリズムにより算出した変換行列Ａ_ＩＣＰを掛けあわせて、ソース点群データをターゲット点群データへ正確に一致させるための３次元座標変換行列たる第２の変換行列Ａ_３Ｄを算出する。従って、第２の変換行列Ａ_３Ｄは、次式により表される。

さらに、印刷データ作成部３０６は、ソース距離画像上に入力された印刷画像をターゲット距離画像上に配置するための第３の変換行列を算出する第３の変換行列算出部３２８と、ソース距離画像上に入力された印刷画像を第３の変換行列によりターゲット距離画像上に配置する印刷画像配置部３３０と、ターゲット距離画像上に配置した印刷画像に基づいて、印刷データを生成する印刷データ生成部３３２とを有して構成されている。

より詳細には、第３の変換行列算出部３２８は、第２の変換行列算出部３２６において算出された変換行列を利用して、作業者によりソース距離画像上に入力された印刷画像を、各被印刷物の配置位置や姿勢に応じて、ターゲット距離画像上に配置するための第３の変換行列を算出する。

具体的には、作業者によりソース距離画像上に配置された印刷画像をターゲット距離画像上に配置するための変換行列である第３の変換行列を算出する。

ここで、ソース距離画像からターゲット距離画像へ２次元画像を変換する場合には、ソース距離画像からソース点群データに変換する処理を行い、次に、ソース点群データからターゲット点群データに変換する処理を行い、次に、ターゲット点群データからターゲット距離画像に変換する処理が行われる（図７を参照する。）。

即ち、ソース距離データからソース点群データに変換する処理では、２次元画像の各画素を３次元空間内に配置することとなる。各画素のＸ、Ｙ座標にＺ座標＝０を付与して各画素の３次元座標とする。この際には、下記の（１）式により各画素に対する３次元座標を取得することとなる。

また、ソース点群データからターゲット点群データに変換する処理では、下記の（２）式によりソース点群データにおける３次元座標をターゲット点群データにおける３次元座標に変換する。

なお、本来は同じテーブル平面上での変換（２次元的な変換）のはずだが、変換行列Ａ_ＩＣＰは、実際の被印刷物の微少な形状の誤差や配置位置の誤差などにより、微妙にＺ軸方向への移動回転（３次元的な座標変換）も含まれる。

さらに、ターゲット点群データからターゲット距離画像に変換する処理では、下記の（３）式によりターゲット点群データにおける３次元座標から２次元画像を作成する。

なお、上記したように、ソース点群データからターゲット点群データへの変換の際に、Ｚ軸方向への移動回転が行われているため、変換後のＺ座標が「０」でなくなる場合が生じるが、このＺ座標を強制的に「０」とすることで形状をＺ＝０平面に投影されるようにする。

ここで、上記した３段階の変換（つまり、（１）〜（３）式である。）を１つにまとめると、
となる。

３つの４×４変換行列を、１つの４×４行列にまとめると、
となる。

これは、２次元座標のアフィン変換行列を表しているので、
のように２×３行列で表すことができ、これを第３の変換行列として取得する。

印刷画像配置部３３０は、作業者が表示部３１０に表示されたソース距離画像上に配置、編集した印刷画像を、第３の変換行列算出部３２８で算出した第３の変換行列により変換することにより、各ターゲット距離画像上に、配置位置や姿勢に応じて印刷画像を配置する（図８を参照する。）。

即ち、この印刷画像配置部３３０では、第３の変換行列を用いて、ソース距離画像上に配置された印刷画像と配置位置および姿勢が一致するように、ターゲット距離画像上に印刷画像を配置することとなる。

印刷データ生成部３３２は、印刷画像配置部３３０によりターゲット距離画像上に配置した印刷画像に基づいて、印刷データを生成する。

また、記憶部３０８は、印刷データ作成部３０６で作成された印刷データを記憶するとともに、被印刷物２００に印刷するために必要となる各種の情報などを記憶する。

表示部３１０は、認識部３０４において取得した画像や各種の画像や情報を表示するとともに、操作子（図示せず。）を介した作業者からの入力情報に基づいて表示内容を変更する。

以上の構成において、印刷装置１０により立体形状の被印刷物２００の印刷面に所望の印刷を行う場合について説明するが、まず、印刷装置１０においては、工場出荷時やカメラ２６の交換時などの所定のタイミングで、カメラキャリブレーションおよびカメラ２６とテーブル１４の上面１４ａ（印刷座標系）とのキャリブレーションが行われる。

ここで、カメラキャリブレーションは、印刷装置１０とは独立した状態で、別途ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：液晶ディスプレイ）を用いて行うこととなる。

そして、カメラキャリブレーションを行った後に、カメラ２６を印刷装置１０に設置し、カメラ２６とテーブル１４の上面１４ａとの位置、姿勢の関係を求めるキャリブレーション（つまり、カメラ２６とテーブル１４の上面１４ａとのキャリブレーションである。）を行う。

具体的には、カメラキャリブレーションでは、カメラ２６の画角一杯にチェッカーパターンを撮影し、Ｚｈａｎｇの手法によりカメラパラメータを算出する。

ここで、このチェッカーパターンは、テーブル１４の上面１４ａに描かれているものではなく、別途ＬＣＤ上に表示したものを使用する。

なお、Ｚｈａｎｇの手法によりカメラパラメータを算出する手法については、例えば、特許第４９１７３５１号公報に開示されている技術を用いることができるため、その詳細な説明は省略することとする。

こうしてカメラ内部パラメータ：Ａ_ｃ、カメラ外部パラメータ：［Ｒ_ｃ Ｔ_ｃ］、プロジェクタ内部パラメータ：Ａ_ｐ、プロジェクタ外部パラメータ：［Ｒ_ｐ Ｔ_ｐ］を算出する。

また、カメラ２６とテーブル１４の上面１４ａとのキャリブレーションでは、カメラ２６の３次元座標系を印刷装置１０の印刷座標系に変換するためのアフィン変換行列Ｈ_Ｒ２Ｐを算出する。

まず、テーブル１４の上面１４ａにシートを貼り付け、このシート上に実際の印刷範囲を示すチェッカーパターンを印刷装置１０で印刷する（図９（ａ）を参照する。）。

チェッカーパターンは、例えば、１パターンのサイズが２０×２０ｍｍのグレーと白との市松模様であり、このチェッカーパターンの全体のサイズは、３００×２８０ｍｍとする。
次に、テーブル１４（チェッカーパターン）にｕ方向（垂直方向）およびｖ方向（水平向）のグレイコードパターンを照射し、その撮影画像からｕ方向およびｖ方向の空間コード画像を取得する（図９（ｂ）を参照する。）。

そして、カメラ撮影画像上でチェッカー交点座標をサブピクセル精度で求めるとともに、それらの座標に対応するプロジェクタ画像座標（ｕ方向およびｖ方向の空間コード値）を求める。
チェッカー交点座標：ｍ_ｃ＝（ｕ_ｃ，ｖ_ｃ）
プロジェクタ画像座標：ｍ_ｐ＝（ｕ_ｐ，ｖ_ｐ）

求めたチェッカー交点座標およびプロジェクタ画像座標から、チェッカー交点の３次元座標Ｍを求める。

即ち、カメラ画像座標系と３次元座標系の関係式と、プロジェクタ座標系と３次元座標系との式を連立して、画像座標（ｕ_ｃ，ｖ_ｃ）と空間コード値ｕ_ｐから３次元座標を求める。

これをＱ・Ｖ＝Ｆと表すと、Ｑ^−１が存在すれば、Ｖ＝Ｑ^−１・Ｆより３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が求められる。

求めたチェッカー交点の３次元座標値を、チェッカーパターン上の既知の座標値へ変換するアフィン変換行列Ｈ_Ｒ２Ｐを最小二乗法で求める。

即ち、カメラ２６の計測座標系での３次元座標Ｍ_Ｒを、印刷装置１０の印刷座標系での３次元座標Ｍ_Ｐに変換するための４×４変換行列たるアフィン変換行列Ｈ_Ｒ２Ｐを求める。

具体的には、次式にｎ組のＭ_ＲおよびＭ_Ｐを当てはめて最小化するようなアフィン変換行列Ｈ_Ｒ２Ｐを、非線形最小二乗法（Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法）により求める。つまり、アフィン変換行列Ｈ_Ｒ２Ｐにおける「Ｒ」および「Ｔ」を求める。

ここで、「Ｒ」は３×３の回転行列であり、要素数は「９」であるが、これは３次元ベクトルｒ＝［ｒ_ｘ，ｒ_ｙ，ｒ_ｚ］^Ｔで表現されるものであり、自由度は「３」である。つまり、実際に最適化対象となる要素は、ｒ_ｘ、ｒ_ｙ、ｒ_ｚの３つである。

非線形最小二乗法により最適化計算中は、下記のＲｏｄｒｉｇｕｅｓの公式により、ｒ_ｘ、ｒ_ｙ、ｒ_ｚを「Ｒ」に変換する。

なお、Ｔは３次元並進ベクトルであり、自由度は「３」である。

その後、キャリブレーション済みの印刷装置１０により、立体形状の被印刷物２００の印刷面に印刷を行う場合には、まず、作業者により被印刷物２００の印刷面が印刷ヘッド２０のインク吐出面と対向するように、複数の被印刷物２００をテーブル１４の上面１４ａに載置する。そして、この状態で、作業者により操作子（図示せず。）などを介して印刷データを作成する指示がなされると、マイクロコンピューター３００において、印刷データ作成処理が開始される。

ここで、図１０のフローチャートには、印刷データ作成処理の詳細な処理内容が示されており、この印刷データ作成処理においては、まず、３次元情報取得処理を行う（ステップＳ１００２）。

図１１のフローチャートには、３次元情報取得処理の詳細な処理内容が示されており、この３次元情報取得処理においては、まず、位相シフト空間コード化法により被印刷物の３次元情報（点群）を取得する（ステップＳ１１０２）。

即ち、このステップＳ１１０２の処理では、３次元情報取得部３１４により、位相シフト空間コード化法によりテーブル１４上に載置した複数の被印刷物２００の３次元情報（点群）を取得する。

なお、ステップＳ１１０２においては、位相シフト空間コード化法ではなく、空間コード化法によりテーブル１４上に載置した複数の被印刷物２００の３次元情報（点群）を取得するようにしてもよい。

次に、カメラ２６から得られた３次元座標を、印刷座標系での値に変換する（ステップＳ１１０４）。

即ち、このステップＳ１１０４の処理では、点群データ作成部３１６により、ステップＳ１１０２の処理で取得したカメラ座標系で示された３次元座標を印刷座標系の値に変換する。

その後、テーブル１４の上面１４ａ以外の高さの３次元情報、つまり、被印刷物２００の印刷面のみの３次元情報（点群）を取得し（ステップＳ１１０６）、ステップＳ１００４の処理に進む。

即ち、このステップＳ１１０６の処理では、点群データ作成部３１６により、テーブル１４の上面１４ａ（Ｚ＝０）付近の点群を削除して、被印刷物２００のみの点群データを作成する（図３（ａ）を参照する。）。

被印刷物２００の３次元情報を取得すると、次に、被印刷物２００の姿勢を認識するための姿勢認識処理を行う（ステップＳ１００４）。

ここで、図１２のフローチャートには、姿勢認識処理の詳細な処理内容が示されており、この姿勢認識処理においては、まず、ステップＳ１００２の処理で取得した３次元情報たる点群データでは、個々の点がどの被印刷物２００に属するか区分けされていないため、点群データを被印刷物２００毎に分割する（ステップＳ１２０２）。

即ち、このステップＳ１２０２の処理では、クラスタ作成部３１８により、テーブル１４上に載置された複数の被加工物２００を表す３次元情報たる点群データをそれぞれ分割し、被印刷物２００を表すクラスタを作成する（図３（ｂ）を参照する。）。即ち、各クラスタが１つの被印刷物２００とされる。

次に、ソースとターゲットとを設定する（ステップＳ１２０４）。

即ち、このステップＳ１２０４の処理では、ソース点群データ作成部３２０により、複数のクラスタのうちの所定のクラスタをコピーしてソース点群データを作成するとともに、各クラスタをターゲット点群データとして設定する。

具体的には、例えば、図３（ｂ）に示す点群データでは、左上の点群データをコピーしてソース点群データを作成する。このとき、ソース点群データ以外で、コピー元を含む全ての点群データを、印刷画像を配置する対象となるターゲット点群データとして設定する（図４（ａ）を参照する。）。

ソースとターゲットとの設定が完了すると、点群データ（３次元情報）から２次元画像たる距離画像を作成する（ステップＳ１２０６）。

即ち、このステップＳ１２０６の処理では、距離画像作成部３２２により、ソース点群データおよびターゲット点群データから、Ｚ座標をグレー値で表した２次元画像たる距離画像を作成することとなり（図４（ｂ）を参照する。）、ソース点群データからソース距離画像を作成し、ターゲット点群データからターゲット距離画像を作成する。

なお、作成されたソース距離画像やターゲット距離画像は、この時点で、表示部３１０に表示するようにしてもよい。

その後、ソース距離画像とターゲット距離画像とのマッチングを行う（ステップＳ１２０８）。

即ち、このステップＳ１２０８の処理では、第１の変換行列算出部３２４において、ソーク距離画像を、ソース距離画像の重心が各ターゲット距離画像重心と重なるように移動し（図５（ａ）を参照する。）、ソース距離画像を１度ずつ回転し、各ターゲット距離画像における正規化相互相関を取得する。この正規化相互相関が最も高くなる角度を最もターゲット距離画像に近似したソース距離画像の回転角度として取得する。

そして、第１の変換行列算出部３２４により、各ターゲット距離画像において、ソース距離画像をこの回転角度で回転するための第１の変換行列Ａ_３３を算出する。

次に、ソース点群データの３次元座標を変換する（ステップＳ１２１０）。

即ち、このステップＳ１２１０の処理では、第２の変換行列算出部３２６により、第１の変換行列Ａ_３３を、３次元座標変換用４×４行列へ拡張し、変換行列Ａ_４４を取得する。

そして、この変換行列Ａ_４４でソース点群データにおける３次元座標の２次元成分のみを変換し、ターゲット点群データに近づける（図５（ｂ）を参照する。）。

そして、ソース点群データの３次元座標を変換する変換行列の最適化を行う（ステップＳ１２１２）。

即ち、このステップＳ１２１２の処理では、第２の変換行列算出部３２６により、ＩＣＰアルゴリズムにより変換行列Ａ_ＩＣＰを算出し、変換行列Ａ_４４と変換行列Ａ_ＩＣＰとを掛けあわせて第２の変換行列Ａ_３Ｄを取得する。

その後、ステップＳ１２１２の処理で取得した変換行列を用いて、ソースからターゲットへ２次元画像を変換するための変換行列を算出し（ステップＳ１２１４）、ステップＳ１００６の処理に進む。

即ち、このステップＳ１２１４の処理では、第３の変換行列算出部３２８により、ステップＳ１２１２の処理で取得した変換行列Ａ_３Ｄを用いて、作業者によりソース距離画像上に入力された印刷画像（２次元画像）を、各印刷物２００の配置位置や姿勢に応じて、ターゲット距離画像上に配置するための第３の変換行列を算出する。

第３の変換行列を算出して被印刷物２００の姿勢認識処理が終了すると、次に、作業者が印刷画像を入力するための画像を表示部３１０に表示する（ステップＳ１００６）。

即ち、このステップＳ１００６の処理では、ステップＳ１２０６の処理で作成したソース距離画像を、距離画像作成部３２２により表示部３１０において、作業者が印刷画像を入力可能な状態で表示する。

つまり、作業者が印刷画像を配置、編集可能な状態で、ソース距離画像を表示することとなる。

作業者は、表示部３１０に表示されたソース距離画像において、所望の位置や角度で所望の印刷画像を配置することとなる。なお、こうした印刷画像は、所定のソフトウェアで作業者が作成するようにしてもよいし、予め入力された画像データを利用するようにしてもよい。

そして、表示部３１０にソース距離画像が表示されると、作業者によりソース距離画像上に印刷画像が配置されたか否かを判断する（ステップＳ１００８）。

即ち、このステップＳ１００８の判断処理では、作業者がソース距離画像上に印刷画像を配置する処理が完了したか否かを判断するものである。

なお、作業者によりソース距離画像上に印刷画像が配置されたか否かを判断する手法としては、種々の方法を適用することが可能であり、例えば、印刷画像の配置が完了したことを入力するための完了ボタンが設けられ、この完了ボタンがクリックされることにより、印刷画像の配置が終了したことを判断する。

ステップＳ１００８の判断処理において、作業者によりソース距離画像上に印刷画像が配置されていない、つまり、作業者によりソース距離画像上に印刷画像を配置する処理が完了していないと判断されると、ステップＳ１００８の処理に戻る。

つまり、作業者によりソース距離画像上に印刷画像が配置されていないと判断されている間は、常に、ステップＳ１００８の判断処理を行うこととなる。

また、ステップＳ１００８の判断処理において、作業者によりソース距離画像上に印刷画像が配置された、つまり、作業者によりソース距離画像上に印刷画像を配置する処理が完了したと判断されると、ソース距離画像上に配置された印刷画像を、ステップＳ１２１４の処理で算出した第３の変換行列を用いて、ターゲット距離画像上に配置する（ステップＳ１０１０）。

なお、ターゲット距離画像を表示部３１０に表示するようにした場合には、ステップＳ１０１０の処理によりターゲット距離画像上に印刷画像が配置された状態を表示するようにしてもよい。

その後、各ターゲット距離画像上に配置された複数の印刷画像に基づいて、印刷データを作成し（ステップＳ１０１２）、印刷データ作成処理を終了する。

即ち、ステップＳ１０１２の処理では、印刷データ生成部３３２により、各ターゲット距離画像上に配置された複数の印刷画像に基づいて、印刷データを生成することとなる。

こうして印刷データを作成した後に、作業者により操作子などを介して印刷開始の指示がなされると、まず、Ｚ軸方向移動制御部３１２により、ステップＳ１１０４の処理で取得した３次元情報における最も高い位置を示す座標値（つまり、最も高いＺ座標値である。）を取得し、この座標値に基づいて、テーブル１４をＺ軸方向で移動する。

即ち、Ｚ軸方向において、取得した最も高い位置を示すＺ座標値と、印刷ヘッド２０が位置するＺ座標値（印刷ヘッド２０は、Ｚ軸方向に移動しないため、Ｚ座標値は一定となっている。）とが、印刷ヘッド２０による印刷が適正になされるための所定の間隔を空けるよう、テーブル１４をＺ軸方向で移動する。

こうしてテーブル１４のＺ軸方向における位置が決定すると、制御部３０２の制御により、印刷ヘッド２０がＸ軸方向およびＹ軸方向に移動して、被印刷物２００の印刷面に印刷データに基づいて印刷がなされる。

以上において説明したように、本発明による印刷装置１０は、テーブル１４上に載置された複数の被印刷物２００の３次元情報を取得し、この３次元情報から複数の被印刷物２００の配置位置や姿勢を認識するようにした。

複数の被印刷物２００の配置位置や姿勢を認識する際、作業者が印刷画像を配置するソース距離画像から、被印刷物２００の配置状態に基づいたターゲット距離画像へ変換する変換行列を取得するようにした。

そして、作業者がソース距離画像上に印刷画像を配置すると、この変換行列を用いて、印刷画像をターゲット距離画像上に配置し、このターゲット距離画像上に配置した印刷画像に基づいて、印刷データを作成するようにした。

さらに、実際に印刷を行う際には、印刷の前に、取得した３次元情報から被印刷物２００の高さ情報を取得し、この高さ情報に基づいて、テーブル１４を昇降するようにした。

このため、本発明による印刷装置１０においては、テーブル１４上に立体形状の被印刷物２００を配置する際に、正確な位置決めを行うような作業がなく、従来の技術による印刷装置よりも簡単な操作によって立体形状の被印刷物２００に印刷することができるようになる。

また、本発明による印刷装置１０においては、治具などの装置を用いることなく立体形状の被印刷物２００を印刷することができるようなる。

これにより、本発明による印刷装置１０によれば、少量生産であってもコスト高を招来することなく被印刷物に対して印刷することが可能となる。

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（６）に示すように変形するようにしてもよい。

（１）上記した実施の形態においては、印刷装置１０をインクジェットプリンタとして記載したが、これに限られるものではないことは勿論であり、印刷装置１０としては、ドットインパクトプリンタやレーザープリンタなどの各種のプリンタを用いるようにしてもよい。

（２）上記した実施の形態においては、印刷装置１０は、印刷ヘッド２０が移動部材１８に備えられた棒状部材１６においてＸ軸方向に移動するとともに移動部材１８によりＹ軸方向に移動し、テーブル１４がＺ軸方向に移動するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。

即ち、印刷装置としては、図１３に示すように、Ｚ軸方向で昇降可能なテーブル１４がＹ軸方向に移動するとともに、印刷ヘッド２０がＸ軸方向に移動するような構成としてもよい。

具体的には、図１３に示す印刷装置６０は、ベース部材１２上に配設されたガイドレール６２にテーブル１４が摺動自在に設けられるとともに、ベース部材１２上に固定的に配設された固定部材６６に印刷ヘッド２０を摺動自在に配設する点において、印刷装置１０と異なっている。

このガイドレール６２は、ベース部材１２上においてＹ軸方向に延設された１対のガイドレール６２−１、６２−２により形成されている。

なお、テーブル１４には、ガイドレール６２のＹ軸方向で移動することができるように、マイクロコンピューター３００により制御される駆動手段（図示せず。）が設けられており、これにより、Ｚ軸方向に移動可能なテーブル１４は、ベース部材１２上でＹ軸方向に移動することができるようになる。

また、固定部材６６は、ベース部材１２に固定的に配設された立設部材６８−１、６８−２と、立設部材６８−１、６８−２を連結するようにＸ軸方向に延設された棒状部材６４と、により構成されている。

そして、棒状部材６４においてＸ軸方向に沿って摺動自在に印刷ヘッド２０が配設されている。

これにより、印刷ヘッド２０は、固定部材６６においてＸ軸方向に移動することとなる。

（３）上記した実施の形態においては、４つの被印刷物２００をテーブル１４上に載置して、各被印刷物２００の印刷面に印刷を行うようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、被印刷物２００をテーブル１４上に１、２、３あるいは５つ以上載置するようにしてもよい。

（４）上記した実施の形態においては、３次元情報取得部３１４で取得した３次元情報から最も高い高さ情報（Ｚ座標値）を取得し、この高さ情報に基づいて、Ｚ軸方向移動制御部３１２によりテーブル１４を昇降するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、被印刷物２００の高さを測定し、その測定結果に基づいて、作業者がテーブル１４を昇降するようにしてもよい。または、３次元情報取得部３１４で取得した３次元情報から高さ情報を取得し、この高さ情報に基づいてテーブル１４を昇降すべき量を表示部３１０に表示し、表示部３１０に表示されたテーブル１４の昇降すべき量だけ作業者がテーブル１４を昇降するようにしてもよい。

（５）上記した実施の形態においては、フラットベッドタイプの印刷装置１０にカメラ２６、プロジェクタ２４およびマイクロコンピューター３００を設けるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。

即ち、フラットベッドタイプ以外の印刷装置に対して、カメラ２６、プロジェクタ２４およびマイクロコンピューター３００を設けるようにして、作業者への負担が増大することなく、かつ、治具を用いずに被印刷物における印刷面の所望の位置に印刷することが可能な印刷装置を構成するようにしてもよい。

（６）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（５）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、立体形状の被印刷物に対して所望の印刷を行う印刷装置に用いて好適である。

１０、６０ 印刷装置、１２ ベース部材、１４ テーブル、１６、６４ 棒状部材、１８ 移動部材、２０ 印刷ヘッド、２２、６８−１、６８−２ 立設部材、２４ プロジェクタ、２６ カメラ、２００ 被印刷物、３００ マイクロコンピューター、３０２ 制御部、３０４ 認識部、３０６ 印刷データ作成部、３０８ 記憶部、３１０ 表示部、３１２ Ｚ軸方向移動制御部、３１４ ３次元情報取得部、３１６ 点群データ作成部、３１８ クラスタ作成部、３２０ ソース点群データ作成部、３２２ 距離画像作成部、３２４ 第１の変換行列算出部、３２６ 第２の変換行列算出部、３２８ 第３の変換行列算出部、３３０ 印刷画像配置部、３３２ 印刷データ生成部

Claims (10)

1. 印刷データに基づいて所定の印刷を行う印刷装置において、
   複数の立体形状の被印刷物が載置されるテーブルに対して所定のパターンを投影する投影手段と、
   前記テーブルに投影された所定のパターンを撮影する撮影手段と、
   前記テーブルに載置された複数の前記被印刷物の３次元情報を取得する３次元情報取得手段と、
   前記３次元情報取得手段により取得した３次元情報から、前記被印刷物の配置位置および姿勢を認識する姿勢認識手段と、
   入力された印刷画像を、前記姿勢認識手段により認識した前記被印刷物の配置位置および姿勢に基づいて前記被印刷物上に配置する配置手段と、
   配置手段により配置された前記印刷画像に基づいて、印刷データを作成する印刷データ作成手段と
   を有することを特徴とする印刷装置。
2. 請求項１に記載の印刷装置において、さらに、
   前記３次元情報取得手段により取得した３次元情報から前記被印刷物において最も高い高さ情報を取得し、取得した高さ情報に基づいて、前記被印刷物の印刷面に印刷を行う印刷ヘッドと、前記テーブルとの間隔を調整する調整手段と
   を有することを特徴とする印刷装置。
3. 請求項１または２のいずれか１項に記載の印刷装置において、
   前記３次元情報取得手段は、前記テーブルに載置された複数の前記被印刷物の３次元情報を、位相シフト空間コード化法により取得する
   ことを特徴とする印刷装置。
4. 請求項１、２または３のいずれか１項に記載の印刷装置において、
   前記姿勢認識手段は、
   前記３次元情報取得手段から取得した３次元情報たる点群データを前記被印刷物ごとに分割する分割手段と、
   前記点群データから、基準となる第１の点群データと、複数の前記被印刷物を表す第２の点群データとを設定する設定手段と、
   前記第１の点群データから第１の距離画像を作成するとともに、前記第２の点群データから第２の距離画像を作成する距離画像作成手段と、
   前記第１の距離画像を前記第２の距離画像と一致させる第１の変換行列を算出する第１の算出手段と、
   前記第１の変換行列を３次元座標変換可能なように拡張し、ＩＣＰアルゴリズムにより第１の点群データの３次元座標を変換する変換行列たる第２の変換行列を算出する第２の算出手段と、
   前記第２の変換行列を用いて、前記第１の距離画像上の２次元画像を前記第２の距離画像上へ配置するための第３の変換行列を算出する第３の算出手段と
   を有し、
   前記配置手段は、前記第１の距離画像上に入力された前記印刷画像を、前記第３の変換行列を用いて、前記第２の印刷画像上に配置する
   ことを特徴とする印刷装置。
5. 請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の印刷装置において、
   前記印刷ヘッドは、インクジェット方式によりインクを吐出するインクヘッドである
   ことを特徴とする印刷装置。
6. 複数の立体形状の被印刷物が載置されるテーブルに対して所定のパターンを投影する投影手段と、
   前記テーブルに投影された前記所定のパターンを撮影する撮影手段と
   を有し、印刷データに基づいて所定の印刷を行う印刷装置における印刷方法であって、
   前記テーブルに載置された複数の前記被印刷物の３次元情報を取得する第１の工程と、
   前記第１の工程で取得した３次元情報から、前記被印刷物の配置位置および姿勢を認識する第２の工程と、
   入力された印刷画像を、前記第２の工程で認識した被印刷物の配置位置および姿勢に基づいて前記被印刷物上に配置する第３の工程と、
   前記第３の工程で配置された前記印刷画像に基づいて、印刷データを作成する第４の工程と
   を前記印刷装置が実行する
   ことを特徴とする印刷方法。
7. 請求項６に記載の印刷方法において、さらに、
   前記第１の工程で取得した３次元情報から前記被印刷物において最も高い高さ情報を取得し、取得した高さ情報に基づいて、前記被印刷物の印刷面に印刷を行う印刷ヘッドと、前記テーブルとの間隔を調整する第５の工程と
   を前記印刷装置が実行する
   ことを特徴とする印刷方法。
8. 請求項６または７のいずれか１項に記載の印刷方法において、
   前記第１の工程では、前記テーブルに載置された前記被印刷物の３次元情報を、位相シフト空間コード化法により取得する
   ことを特徴とする印刷方法。
9. 請求項６、７または８のいずれか１項に記載の印刷方法において、
   前記第２の工程では、
   前記第１の工程で取得した３次元情報たる点群データを前記被印刷物毎に分割する工程と、
   前記点群データから、基準となる第１の点群データと、複数の被印刷物を表す第２の点群データとを設定する工程と、
   前記第１の点群データから第１の距離画像を作成するとともに、前記第２の点群データから第２の距離画像を作成する工程と、
   前記第１の距離画像を前記第２の距離画像と一致させる第１の変換行列を算出する工程と、
   前記第１の変換行列を３次元座標変換可能なように変換し、ＩＣＰアルゴリズムにより第１の点群データの３次元座標を変換する変換行列たる第２の変換行列を算出する工程と、
   前記第２の変換行列を用いて、前記第１の距離画像上の２次元画像を前記第２の距離画像上へ配置するための第３の変換行列を算出する工程と、
   を有し、
   前記第３の工程では、前記第１の距離画像上に入力された前記印刷画像を、前記第３の変換行列を用いて前記第２の印刷画像上に配置する
   ことを特徴とする印刷方法。
10. 請求項６、７、８または９のいずれか１項に記載の印刷方法において、
    前記印刷ヘッドは、インクジェット方式によりインクを吐出するインクヘッドである
    ことを特徴とする印刷方法。