用于在具有非平面表面的物品上进行印刷的设备和方法

摘要

在实施例中，一种用于在具有非平面表面的物品上进行印刷的方法包括：获得物品的非平面表面的坐标或者几何形状；在三个维度中确定印刷头的正切方位；以及相对于所述物品的所述非平面表面来使用所述正切方位并定位所述印刷头。本发明还揭示用于在具有非平面表面的物品上进行印刷的设备的实施例。

说明书

相关申请案

本申请案主张2009年6月24日申请的针对“用于在具有非平面表面的物品上进行印刷的设备和方法(APPARATUS AND METHOD FOR PRINTINGON ARTICLES HAVING A NON-PLANAR SURFACE)”的第12/490,564号美国专利申请案的优先权，所述申请案的全文以引用的方式并入到本文中。第12/490,564号美国专利申请案主张2008年6月24日申请的第61/075,050号临时申请案的申请日期的权益。

技术领域

本发明涉及一种用于在具有非平面表面的物品上印刷图像的设备和方法。

背景技术

用于在衬底上进行印刷的试错法(trial and error methods)通常是不一致、冗长且耗时的，在用于生产时更是如此。事实证明，在包括一个或一个以上非平面(例如，弯曲的)部分(例如塑料容器的肩部部分)的物体上进行印刷时，要达到合格的质量级别很有挑战性。

对于一些应用，印刷头需要相对于待印刷表面移动到较佳印刷位置和/或方位是合意的。

发明内容

本发明尤其揭示一种用于在具有非平面表面的物品上进行印刷的设备。所述设备的一实施例包括用于确定物品的非平面表面的正切的构件，以及用于使用与所述正切相关联的信息来相对于所述物品定位印刷头的构件。另外揭示了用于在具有非平面表面的物品上进行印刷的方法。

附图说明

现在将参考附图通过实例的方式来描述本发明的实施例，其中：

图1是相对于印刷表面或衬底选择的标绘点的图形表示；

图2是具有非平面表面和具有经指示刀形线(sabre line)的相关联的印刷区或区域的物品的实例；

图3是对三维空间中的印刷头方位的说明；

图4是对印刷头的实例的说明；

图5是相对于X轴的刀形角的表示；

图6是相对于物品的非平面表面的印刷头方位的示意性表示；

图7是大体上说明印刷头可怎样相对于物品的俯视图转动的相对于Y轴的第二角的表示；以及

图8是相对于物品的非平面部分的正切线的示意性表示。

具体实施方式

现在将详细地对本发明的实施例作出参考，本发明的实例在本文中进行描述且在附图中进行说明。尽管本发明是结合实施例描述的，但应了解，本发明不应限于这些实施例。相反，本发明应涵盖位于所附权利要求书界定的本发明的精神和范围内的替代方案、修改和均等物。

除其它事物之外，本发明利用基于数学的公式或者计算(例如，相关)来提供指定的/最优化的印刷头角。所述指定的/最优化的印刷头角可涉及与刀形角(sabre angle)、交叉过程角和过程角相关联的三个主要的轴。与计算/相关相关联的信息尤其可提供印刷头定位信息，包括关于印刷头应旋转或定位以改进或更好地“最优化”印刷质量的角的信息。此改进的相对印刷头定位/方位可(不限于)提供相对于非平面表面的更高的印刷图像一致性。

本发明的实施例涉及对相对于有关非平面印刷表面的曲率的偏离的研究。方法包括计算在弯曲的表面上的在既定印刷区或区域内的一系列点的正切/斜率。为了帮助对准相关联的印刷头，可确定/界定多达三个主要角。所述角包括刀形角、过程方向角和交叉过程方向角。可基于指定的或者所要的印刷密度(dpi)来确定刀形角。将刀形角用作参考，可确定其它角，即过程方向角和/或交叉过程方向角。本文进一步描述了此程序的实例。

所述程序的实施例包括基于与印刷表面(或者印刷衬底)的表面相关联的指定的或者所确定的印刷宽度来拾取一系列点(例如，1到250个，或者甚至更多)。可相对于共用参考实体(例如，使用3-D绘图/建模软件)来确定或者找到与待印刷的表面相关联的三维坐标(X、Y和Z)。

基于所要的印刷分辨率、刀形角和印刷尺寸，结合本发明而提供的系统的实施例可沿着刀形线或者在刀形线周围选择或者拾取最小/指定数目的点。此信息可用以帮助找到表面上的点的更实际的正切。请注意，一般而言，数目较多的点将在迭代过程期间实现较好的数值收敛。

测量连续的点之间的偏移距离(例如，使用最小平方分析或者其它“最佳拟合”线拟合计算)可帮助相对于刀形线来评估表面(或者衬底，视情况而定可以是关于印刷表面)上的线放置“准确性”(或者最优化的放置)。

在计算印刷角之前选择经确定为最好地表示或体现待在其上进行印刷的衬底或者表面的曲率的坐标。举例来说，如果x-坐标描述交叉过程的曲率，那么那些点可用以计算交叉过程角。可采用类似的方式确定方向过程角。

接着，可使用以下等式来计算坐标之间的距离：

D＝[(x₂-x₁)²+(y₂-y₁)²+(z₂-z₁)²]的平方根(“距离等式”)

使用计算出的距离与每一坐标点之间的偏移之间的三角函数可得出那一点的所需角。对于点选择范围中的其它点，可重复前述过程。如果需要，可将所述点以图形形式标绘出来。点和/或其标绘可描述点偏差的性质和/或提供在参考刀形角处的这些点的正切/斜率。使用假想线技术可找到所有斜率点的平均角。同一过程可用以确定其它角。

图1以示意性的格式说明程序点。图1大体上说明X轴和Y轴。线10表示以印刷分辨率(即dpi)决定的刀形角绘制的刀形线。点20表示在印刷表面/衬底处拾取的点，所述点界定x、y、z坐标。增量Δ是在每一点处维持的偏移距离。基于几何形状，系统可维持常数增量Δ或者保持可变的偏移距离。

通过非限制性实例的方式提供下文。图2说明具有非平面表面(例如，烧杯的上部部分)的物品40(例如，烧杯)的一部分，所述非平面表面具有识别的印刷区域或印刷区50。物品40的几何形状提供印刷表面/衬底的实例。相对于印刷区50展示刀形线60。基于所要的印刷分辨率，倾斜的线是头部刀形。接着，拾取到所要数目的点(通常基于预定义的范围)，所述点接近于刀形线并且在印刷区内。

图3说明印刷头在三维空间中的一般方位。参看图式，平面XZ表示印刷分辨率所确定的刀形角所在的平面。角XOZ是刀形角。平面XY表示在3D空间中相对于印刷表面/衬底的头部上的交叉过程的平面。角XOY是交叉过程角。平面YZ表示在3D空间中相对于印刷表面/衬底的头部上的过程的平面。角YOZ是过程角。请注意，图式和前述描述既定提供示范性关系。上述的平面易于相对于不同印刷技术和/或设置经受改变和修改。

涉及本发明的若干方面(例如上文中提到的方面)的程序的实施例可包含若干步骤。在非限制性实施例中：

(a)在识别的印刷表面/衬底上基于所要的/所需的印刷宽度来选择一系列点(例如，1到250个，或者更多)；

(b)可例如使用绘图/建模软件，相对于共用参考点/实体来找到X、Y和Z坐标；

(c)基于所需的/所要的印刷分辨率、刀形角和印刷尺寸，沿着刀形线拾取最小数目的点(例如，10到30个)(所述点可用以帮助找到表面上的每个点的更实际的正切)；

(d)测量每一连续点之间的偏移距离以更好地理解其相对于刀形线在印刷表面/衬底上的放置准确性；

(e)在计算相关联的印刷角之前，选择能最准确描述印刷表面/衬底的曲率的坐标，举例来说，如果数个X坐标描述了交叉过程的曲率，那么这些坐标对应的点便可用于确定交叉过程角；

(f)可使用如(e)中提到的方法来确定过程方向角；

(g)接着使用“距离等式”来用公式表示坐标之间的距离；

(h)使用计算出的距离与每一坐标点之间的偏移之间的三角函数来提供了那一点的所需/所要角；

(i)可针对点选择范围中识别的所有(或者至少大部分)点重复前述步骤；

(j)可任选地(例如，在图表上)标绘所述点，所述点的标绘描述点偏差的性质或此些点在参考刀形角处的正切/斜率；

(K)使用线拟合技术来找到斜率点的平均角；以及

(l)可相对于其它非刀形角来重复所述过程。

图4描绘包括多个喷嘴的一般印刷头70。印刷头70可(不限于)包含用于数字油墨印刷的类型的印刷头。所述头部可包括多达320个或者更多的喷嘴。喷嘴(实质上可以是常规喷嘴)通常呈直线喷射油墨。图5参考X轴和刀形线90大体上说明第一角(α)或者刀形角。进一步参看图式，过程方向由字母“P”和所附的箭头标出。如大体说明，刀形角减少了印刷高度(在X方向上垂直地观看)，但同时将增加相关联的每英寸点数(dpi)。

图6中说明样本容器肩部应用。在所说明的实施例中，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。印刷头120示意性地展示成经定位以朝向与所说明的容器100的肩部部分110相关联的正切线130进行印刷。图6中以机械设备132的形式大体说明用于定位印刷头120的构件的实施例。所述机械设备可(举例来说)包含多个可移动部分或区段。所述机械设备或机械臂可(不限于)包括第一部分或区段134、第二部分或区段136以及第三部分或区段138。如所说明的实施例中大体展示，第一部分或区段134可经配置以围绕Z轴旋转；第二部分或区段136可经配置以围绕X轴旋转；并且第三部分或区段138可经配置以围绕Y轴旋转或摆动。在操作时，部分或区段134、136及138可独立地定位或由控制器协调定位。控制器控制印刷头120(其可连接或操作性地附接到机械设备132的一部分，例如，到部分或区段138)的移动/定位来用于在指定位置和/或方位(例如，在相对于印刷表面的正切上)处进行印刷。此配置还可根据与非平面表面相关联的几何形状在印刷头上取得较好的最优化效果，该非平面表面与容器相关联。

图7描绘物品140(其可以是容器)和与Y轴相关联的角(β)的俯视图。所说明的实施例大体上展示印刷头可怎样旋转或转动以使失真最小化。图8展示相对于具有非平面(弯曲的)部分170的物品160(例如，瓶子)的正切线150的简化的横截面表示。

在所论述的其它方面和特征中，本发明提供一种系统，其可获得表面的几何形状，(经由X-Y-Z坐标)计算三个维度中印刷头的最优化方位，并且使用所述信息以更好地定位印刷头以相对于物品的给定非平面表面来使印刷最优化。

已出于说明和描述的目的呈现了对本发明的具体实施例的上述描述。不希望其为详尽的或将本发明限于所揭示的精确形式，且依照以上教示，各种修改和变化都是可能的。选择和描述所述实施例以便阐释本发明的原理及其实际应用，借此使所属领域的技术人员能够利用本发明以及具有适用于所预期的特定用途的各种修改的各种实施例。本发明的范围既定由权利要求书及其均等物界定。