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Description
本発明は、多関節ロボットを用いて被印刷体とプリントヘッドとの相対位置を変化させながら印刷を行う印刷装置に関する。 The present invention relates to a printing apparatus that performs printing while changing the relative position between a printing medium and a print head using an articulated robot.
従来、被印刷物、特に曲面形状を有する被印刷物に対して印刷を行う際に、多関節ロボットを用いて3次元的に被印刷体とプリントヘッドとの相対位置を変化させて印刷をおこなう技術が知られている。
たとえば、下記特許文献1には、プリントヘッドを多関節ロボットにツールとして持たせ、物体の湾曲した表面上に印刷をおこなう技術が開示されている。
Conventionally, when printing is performed on a substrate, particularly a substrate having a curved surface shape, there is a technology that performs printing by changing the relative position between the substrate and the print head three-dimensionally using an articulated robot. Are known.
For example, Patent Document 1 below discloses a technique in which a multi-joint robot is provided with a print head as a tool and printing is performed on a curved surface of an object.
印刷紙などの平面に印刷を行う印刷装置では、一般に被印刷体およびプリントヘッドの移動方向がそれぞれ一方向であるため、印刷の位置決めや用紙送りの状態などの把握が容易である。
一方、多関節ロボットを用いた印刷装置では、多関節ロボットの各移動軸に沿った移動量をエンコーダで検出して座標を算出しているものの、被印刷体が実際にどのような動きをしているのかは特定できていない。この場合、印刷初期位置に被印刷体またはプリントヘッドが移動したことを作業者が確認して印刷開始信号を出力し、その後は一定(設定通り)の移動速度で多関節ロボットおよびこれに保持された被印刷体が移動するものとしてプリントヘッドの印刷動作が実行される。
よって、被印刷体の実際の動き(位置および移動スピード)と多関節ロボットの移動設定に沿った計算上の動き(位置および移動スピード)に誤差が生じる場合があり、印刷精度および再現性に改善の余地がある。
特に、多関節ロボットの移動距離(送り方向)が長いパターンを印刷する場合などは誤差が大きくなる可能性がある。
In a printing apparatus that performs printing on a flat surface such as printing paper, generally, the moving direction of the printing medium and the print head is one direction, so it is easy to grasp the positioning of printing and the state of sheet feeding.
On the other hand, in the printing apparatus using the articulated robot, although the amount of movement along each movement axis of the articulated robot is detected by the encoder to calculate the coordinates, what kind of movement is actually performed on the printing material It can not be identified if it is In this case, the operator confirms that the printing medium or print head has moved to the initial printing position and outputs a print start signal, and thereafter the articulated robot and the articulated robot are held at a constant (as set) moving speed. The printing operation of the print head is executed as the printing medium moves.
Therefore, errors may occur in the actual movement (position and movement speed) of the printing material and the calculated movement (position and movement speed) along the movement setting of the articulated robot, and the printing accuracy and reproducibility can be improved. There is room for
In particular, when printing a pattern in which the movement distance (feed direction) of the articulated robot is long, the error may become large.
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、多関節ロボットを用いて被印刷体に画像を印刷する際の印刷品質を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to improve the print quality when printing an image on a substrate using an articulated robot.
上述した問題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明にかかる印刷装置は、多関節ロボットを用いて被印刷体とプリントヘッドとの相対位置を変化させながら印刷を行う印刷装置であって、前記多関節ロボットの移動方向および移動量を制御するロボット制御手段と、前記多関節ロボットの移動軸毎に設けられ、それぞれの前記移動軸に沿った移動量を測定する複数の移動量測定手段と、複数の前記移動量測定手段で測定された複数の前記移動量に基づいて、前記多関節ロボットの作業点の3次元空間上の移動距離を算出する距離算出手段と、前記距離算出手段で算出された前記作業点の移動距離に応じた回転量で回転するモータと、前記モータの回転量に応じたパルス信号を出力するエンコーダと、印刷図形の形状情報と、前記被印刷体における印刷位置情報を含む印刷指示情報と、前記パルス信号とに基づいて、前記プリントヘッドによる印刷動作を制御するプリント制御手段と、を備えることを特徴とする。
請求項2の発明にかかる印刷装置は、前記モータは、前記作業点の移動距離が所定の単位距離変化するごとに所定の単位回転量回転し、前記エンコーダは、前記モータが所定量回転するごとに前記パルス信号を出力し、前記プリント制御手段は、前記パルス信号に基づいて前記プリントヘッドに対する前記被印刷体の位置を検出する、ことを特徴とする。
請求項3の発明にかかる印刷装置は、前記距離算出手段は専用集積回路により構成される、ことを特徴とする。
請求項4の発明にかかる印刷装置は、前記プリントヘッドは、前記印刷図形を形成するインクを前記被印刷体に対して吐出するインク吐出口を備え、前記プリント制御手段は、前記プリントヘッドによる前記インクの吐出タイミングおよび吐出量を制御する、ことを特徴とする。
請求項5の発明にかかる印刷装置は、前記プリントヘッドは移動不能に配置されており、前記多関節ロボットは、前記被印刷体を前記作業点に固定して保持しながら前記作業点を移動させることにより前記被印刷体とプリントヘッドとの相対位置を変化させる、ことを特徴とする。
In order to solve the problems described above and achieve the object, a printing apparatus according to the invention of claim 1 is a printing apparatus that performs printing while changing the relative position between a printing material and a print head using an articulated robot. Robot control means for controlling the movement direction and movement amount of the articulated robot, and a plurality of movement amounts provided for each movement axis of the articulated robot and measuring movement amounts along the respective movement axes Distance calculation means for calculating the movement distance of the work point of the multi-joint robot in a three-dimensional space based on the measurement means, the plurality of movement amounts measured by the plurality of movement amount measurement means, and the distance calculation Means for rotating the motor at a rotation amount corresponding to the movement distance of the work point, an encoder for outputting a pulse signal corresponding to the rotation amount of the motor, shape information of a printed figure, the subject A print instruction information including the print position information in Suritai, based on said pulse signal, characterized by and a print control means for controlling the printing operation by the printhead.
In the printing apparatus according to the invention of claim 2, the motor rotates a predetermined unit rotation amount each time the movement distance of the working point changes a predetermined unit distance, and the encoder rotates the motor a predetermined amount each time Outputting the pulse signal, and the print control unit detects the position of the printing medium relative to the print head based on the pulse signal.
The printing apparatus according to the invention of
In the printing apparatus according to the fourth aspect of the present invention, the print head includes an ink discharge port for discharging the ink forming the print pattern to the print target, and the print control unit is configured to execute the print head using the print head. It is characterized in that the discharge timing and discharge amount of the ink are controlled.
In the printing apparatus according to the fifth aspect of the present invention, the print head is disposed immovably, and the articulated robot moves the working point while fixing and holding the printing medium to the working point. Thus, the relative position between the printing medium and the print head is changed.
請求項1の発明によれば、印刷開始後の作業点の実際の移動量に基づいてプリントヘッドによる印刷動作を制御するので、従来簡易的に(設定通りに多関節ロボットが動くことを前提に)決定していた印刷動作のタイミングをより正確に決定することができる。これにより、印刷品質の向上を図るとともに、同一条件下での印刷の再現性を向上させることができる。
請求項2の発明によれば、作業点の位置が所定の単位距離変化するごとにパルス信号を出力するので、3次元空間内を移動する作業点の移動距離を検出するエンコーダとして機能させることができる。
請求項3の発明によれば、距離算出手段を単一の専用集積回路により構成したので、処理負荷の上昇による遅延を防止し、印刷精度を向上させる上で有利となる。
請求項4の発明によれば、印刷装置がインクジェット式プリンタであるので、インクとして特殊な材質を用いることが可能であり、例えば基板上に回路を形成するなど図面印刷以外の用途に用いることが可能となる。
請求項5の発明によれば、プリントヘッドを固定し、被印刷体を動かしながら印刷するため、インクの吐出方向を安定させることができ、印刷品質を向上させることができる。
According to the invention of claim 1, since the printing operation by the print head is controlled based on the actual movement amount of the working point after the start of printing, it is assumed that the articulated robot moves according to the setting simply. The timing of the printing operation which has been determined can be determined more accurately. Thus, the print quality can be improved, and the reproducibility of printing under the same conditions can be improved.
According to the invention of claim 2, since the pulse signal is output each time the position of the work point changes by a predetermined unit distance, it is possible to function as an encoder for detecting the movement distance of the work point moving in the three-dimensional space. it can.
According to the third aspect of the present invention, since the distance calculation means is constituted by a single dedicated integrated circuit, it is advantageous in preventing a delay due to an increase in processing load and improving printing accuracy.
According to the invention of claim 4, since the printing apparatus is an ink jet printer, it is possible to use a special material as the ink, for example, use for applications other than drawing printing such as forming a circuit on a substrate It becomes possible.
According to the fifth aspect of the invention, since the print head is fixed and printing is performed while moving the printing medium, the discharge direction of the ink can be stabilized, and the printing quality can be improved.
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる印刷装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
本実施の形態では、多関節ロボットを用いて被印刷体とプリントヘッドとの相対位置を変化させながら印刷を行う印刷装置の例として、プリントヘッドを固定設置するとともに、被印刷体を多関節ロボットで移動させながら印刷を行う場合について説明する。
また、本実施の形態では、印刷装置がインクジェット式プリンタであるものとする。
Hereinafter, preferred embodiments of a printing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
In this embodiment, as an example of a printing apparatus that performs printing while changing the relative position between the printing medium and the print head using the articulated robot, the printing head is fixed and installed, and the printing medium is articulated robot A case where printing is performed while being moved at will be described.
Further, in the present embodiment, it is assumed that the printing apparatus is an ink jet printer.
図1は、実施の形態にかかる印刷装置10の構成を示す説明図である。
印刷装置10は、曲面形状を有する基材20の表面に配線パターンを印刷する。
一般的に、配線パターンは、平面状のフレキシブル基板をエッチングしてパターンを作成する。しかしながら、このような方法では曲面形状を有する基材20に配線パターンを形成するのは困難である。
一方で、実施の形態にかかる印刷装置10は、多関節ロボットを用いて被印刷体とプリントヘッドとの相対位置を変化させながら印刷を行うので、曲面形状を有する基材20に自由に配線パターンを配置することができる。
FIG. 1 is an explanatory view showing the configuration of a
The
Generally, the wiring pattern is formed by etching a flat flexible substrate. However, in such a method, it is difficult to form a wiring pattern on the
On the other hand, the
印刷装置10は、プリントヘッド102、被印刷体移動手段としての多関節ロボット104、インク硬化手段108および図2に示す各種制御手段によって構成され、曲面形状を有する被印刷体の表面に画像を印刷する。本実施の形態では、被印刷体(ワーク)の一例として、半球状の基材20を用いている。
The
プリントヘッド102は、第1の支持部材22に支持され、移動不能に配置されるとともに、画像を形成するインクを基材20に対して吐出するインク吐出口102Aを備える。プリントヘッド102は、たとえばインク吐出口102Aからのインク吐出方向が重力方向と一致するように下向きに支持されている。インク吐出口102Aは、プリントヘッド102に複数備えられていてもよい。
The
また、プリントヘッド102は、基材20に対するインク吐出口102Aの位置を調整する位置調整機構を備えていてもよい。位置調整機構としては、たとえば多関節ロボット(被印刷体移動手段としての多関節ロボット104と別個に設けたプリントヘッド移動手段としての多関節ロボット)を用いることができる。このような位置調整機構を設けることによって、被印刷体とプリントヘッド102との相対位置変化の自由度を高めることができ、印刷効率を向上させることができる。
In addition, the
プリントヘッド102から吐出されるインクは、たとえば、エネルギー照射によって硬化する硬化型インクである。例えば、導体素材を用いた硬化型インクによって周波数選択素子(FSS)のパターンを描画し、後述するインク硬化手段108を用いてインクを硬化させることによって、曲面形状を有する基材20の表面に周波数選択素子を形成することが可能となる。
The ink ejected from the
インク硬化手段108は、第2の支持部材23に支持され、インクが吐出された基材20にエネルギー照射をおこなう。インク硬化手段108は、硬化型インクの種類に合わせて、たとえばレーザ、熱源、フラッシュ光、UV光などを照射することにより、基材20の表面に吐出された硬化型インクを硬化させる。インク硬化手段108は、多関節ロボットにツールとして持たせずに、図1に示すように第2の支持部材23に設置することによって安全性を向上させることができる。
The
多関節ロボット104は、基材20を作業点に固定して保持しながら作業点を移動させることにより基材20とプリントヘッド102との相対位置を変化させる。
図1では、多関節ロボット104で基材20を保持した状態を図示している。多関節ロボット104は、具体的には軸方向に移動可能なロボットであり、望ましくは4軸以上の移動方向を有する多軸ロボットである。
本実施の形態では、多関節ロボット104として6軸多関節ロボットを用いる。
The articulated
In FIG. 1, a state in which the
In the present embodiment, a six-axis articulated robot is used as the articulated
図3は、多関節ロボット104の構成例を示す説明図である。
図3に示した多関節ロボット104は6軸多関節ロボットであり、主に体部104A、腕部104B、手首部104Cによって構成される。
本実施の形態では、基材20は治具を介して手首部104Cに支持され、多関節ロボット104の移動に追従して移動される。
本実施の形態では、多関節ロボット104の作業点は、手首部104Cに支持される治具の先端部(多関節ロボット104と基材20との接触点)とする。
FIG. 3 is an explanatory view showing a configuration example of the articulated
The articulated
In the present embodiment, the
In the present embodiment, the working point of the articulated
多関節ロボット104の体部104Aは、S軸を中心として回転可能であり、また、L軸を中心として前後方向に揺動可能である。
多関節ロボット104の腕部104Bは、R軸を中心に回転可能であり、また、U軸を中心として上下方向に揺動可能である。
多関節ロボット104の手首部104Cは、T軸を中心に回転可能であり、また、B軸を中心に上下方向に揺動可能である。
より詳細には、多関節ロボット104の各部(体部104A、腕部104B、手首部104C)には、それぞれの移動軸(S軸、L軸、R軸、U軸、T軸、B軸)に沿った支軸、および各支軸を回転させるモータ105(図2参照)が設けられている。各モータ105は、後述するロボットコントローラ106により回転量が制御される。
The
The
The
More specifically, the moving axes (S-axis, L-axis, R-axis, U-axis, T-axis, B-axis) of each part (
多関節ロボット104の位置や姿勢を規定する座標系として、体部104Aの接地中心を原点とするベース座標系(X,Y,Z)と、作業点(手首部104Cに支持される治具の先端部)を原点とするメカニカルインターフェース座標系(Xm,Ym,Zm)とがある。ベース座標系は他の座標系の基準となり変化しないが、メカニカルインターフェース座標系は各軸の角度変化により変化する。
多関節ロボット104の位置や姿勢を変化させるには、各座標系に対して移動量(位置偏差や回転偏差)および変位速度を入力する。
As a coordinate system that defines the position and posture of the articulated
In order to change the position and orientation of the articulated
また、多関節ロボット104の移動軸(S軸、L軸、R軸、U軸、T軸、B軸)には、それぞれの移動軸に沿った各部(体部104A、腕部104B、手首部104C)の移動量を測定する移動量測定手段が設けられている。
移動量測定手段とは、具体的には図4に示すようなエンコーダ50である。エンコーダ50は、物体が回転移動や直線移動する際に、移動方向や移動量、角度を検出する。
図4Aに一般的な光学透過型のエンコーダ50の概略図を示す。
エンコーダ50は、LED発光素子502、レンズ504、コードホイール506、受光IC508を含んで構成される。
LED発光素子502およびレンズ504は、円板状のコードホイール506の一方の表面と対向するように設置される。また、受光IC508は、コードホイール506の他方の表面と対向するように設置される。
In addition, in the movement axes (S axis, L axis, R axis, U axis, T axis, B axis) of the articulated
Specifically, the movement amount measuring means is an
FIG. 4A shows a schematic view of a general
The
The LED
コードホイール506は、移動軸を回転させるモータ105の出力軸に取り付けられ、モータ105の回転に連動して回転する。また、コードホイール506には、長方形の穴が開いたスリット部506Aと、穴が開いていない平板部506Bとが設けられている。スリット部506Aは、円板状のコードホイール506の外周に沿って、1周にわたり等間隔で開口している。
このコードホイール506の一方の表面に対して、LED発光素子502から検出用の光を照射する。LED発光素子502から照射光は錯乱光であるため、レンズ504で集光して平行光に近づける。
上述のように、コードホイール506にはスリット部506Aと平板部506Bとが設けられているため、スリット部506Aが通過するタイミングでのみ、コードホイール506の他方の表面側にある受光IC508に到達する。
受光IC508上にはフォトダイオードが配置されており、信号変換回路部で処理されて、図4Bに示すような1/4周期の位相差をもつ2相のパルス列をモータ105の出力軸の角変位に応じて出力する。この2相パルス列(A相およびB相)の位相関係は回転方向に対応して反転する。
このようなパルス列を用いることによって、モータ105の回転方向、回転位置および回転速度を検出することができる。
The
Light for detection is emitted from the LED
As described above, since the
A photodiode is disposed on the
By using such a pulse train, the rotational direction, rotational position and rotational speed of the
より詳細には、A相とB相のどちらが先に立ち上がるかを検出することによって、コードホイール506を取り付けた回転軸の回転方向を判別することができる。
例えば、コードホイール506が正転(時計方向)へ回転している時、A相よりもB相が遅れて立ち上がることになる。コードホイール506が反転(反時計方向)へ逆回転すると、物理的な回転円板の回転方向が反転するので、B相がA相よりも先に立ち上がることになる。またこのような構成は、回転方向だけではなく、水平(リニア)駆動時の移動方向の判別にも用いることができる。
More specifically, it is possible to determine the rotation direction of the rotation shaft on which the
For example, when the
また、コードホイール506には、スリット部506Aが1周にわたり、等間隔で設けられている。例えば、コードホイール506の1周に360個のスリット部506Aが設けられているとすると、1つのスリット部506A当たり1つのパルスが出力されるので、1パルス当たり1度の回転位置を検出することができる。同様に、1周に3600個のスリットを設ければ、0.1度単位で回転角度を検出することができる。
さらに、A相とB相のそれぞれの波形の立ち上がり/立ち下がり位置をカウントすることで、物理的に設けたスリット部506Aの数よりも細かい角度位置を検出することができる。
Further, in the
Furthermore, by counting the rising / falling positions of the A-phase and B-phase waveforms, it is possible to detect an angular position finer than the number of physically provided
また、エンコーダ50から出力される1周期のパルス時間と1周期当たりの出力パルス数を測定し、下記式(1)を適用することで、モータ105の出力軸の回転速度を算出することができる。
回転速度(r/min)=(1/(1周期の時間(秒)×パルス数))×60・・・(1)
The rotational speed of the output shaft of the
Rotational speed (r / min) = (1 / (time of one cycle (seconds) × number of pulses)) × 60 (1)
つぎに、印刷装置10の制御系統について説明する。
図2は、印刷装置10の制御系統を示すブロック図である。
印刷装置10は、ロボットコントローラ106、コンピュータ120、距離算出用チップ122、パルス生成部123、プリントヘッドドライバ124を備えている。
コンピュータ120は、CPU、ROM、RAM、ハードディスク装置、キーボード、マウス、ディスプレイ等を有し、作業者が印刷図形の設定や多関節ロボット104およびプリントヘッド102への指示等を行うインターフェースとして機能する。
Next, a control system of the
FIG. 2 is a block diagram showing a control system of the
The
The
ロボットコントローラ106は、多関節ロボット104の移動方向および移動量を制御して、基材20をプリントヘッド102に対して所望の位置に移動させる。多関節ロボット104の移動方向および移動量は、コンピュータ120から出力される制御情報(基材20上の領域の印刷順序など)に基づいて決定する。
より詳細には、ロボットコントローラ106は、コンピュータ120からの制御情報に基づいて、多関節ロボット104の各移動軸に設けられたモータ105に対して制御信号を出力する。多関節ロボット104は、制御信号に基づいて各軸のモータ105を駆動させることにより指示された動きを実行する。
このとき、各モータ105の出力軸に付いているエンコーダ50からパルス信号が出力される。ロボットコントローラ106は、このパルス信号をエンコーダカウンタで処理して、上記制御信号との差動比較を行い、各移動軸が指示された動きを実行しているかを確認する。
また、ロボットコントローラ106は、各移動軸のエンコーダ50から出力されたパルス信号を用いて、多関節ロボット104の座標(X,Y,ZおよびXm,Ym,Zm)を算出する。そして、算出した座標をコンピュータ120を介して距離算出用チップ122に出力する。
なお、多関節ロボット104の座標の算出を距離算出用チップ122で行ってもよい。この場合、ロボットコントローラ106から距離算出用チップ122に対して、各移動軸のエンコーダ50から出力されたパルス信号をそのまま出力する。
また、基材20の形状や作業点に対する基材20の設置状態は既知であるため、作業点の位置(座標)が特定できれば、基材20の任意の点の位置(座標)も算出することができる。
The
More specifically, the
At this time, a pulse signal is output from the
Further, the
The calculation of the coordinates of the articulated
In addition, since the installation state of the base 20 relative to the shape of the
距離算出用チップ122は、多関節ロボット104の作業点の移動軌跡を算出する専用チップであり、本実施の形態ではField Programmable Gate Array(FPGA)を用いている。
FPGAはチップ上に専用のソフトウェアを用いて生成した回路を実装したものであり、回路は再定義可能である。FPGAはコンピュータのCPUと異なり、オペレーションシステム(OS)を介していないので、処理を高速化することが可能である。
このように、コンピュータのCPUと別個に距離算出用チップ122を設けることによって、処理負荷の上昇による遅延を防止し、印刷装置10の印刷精度を向上させる上で有利となる。
The
An FPGA is an implementation of a circuit generated using dedicated software on a chip, and the circuit is redefinable. Unlike the CPU of a computer, an FPGA does not go through an operating system (OS), so processing can be accelerated.
As described above, providing the
距離算出用チップ122は、距離算出回路122Aを備えている。
距離算出回路122Aは、距離算出手段として機能し、多関節ロボット104の座標から作業点の移動軌跡および移動距離を算出する。すなわち、距離算出回路122Aは、複数のエンコーダ50(移動量測定手段)で測定された複数の移動量に基づいて、多関節ロボット104の作業点の3次元空間上の位置を算出する。
図5は、多関節ロボット104の移動経路の算出方法を説明する説明図である。
図5では、説明の便宜上、紙面上にX軸およびZ軸を取り、このX−Z平面上を作業点が移動するものとする。
図5Aに示すように、距離算出回路122Aには、所定のサンプリング間隔で多関節ロボット104の座標情報が入力される。例えば、時刻T1における多関節ロボット104の座標は(X1,Z1)であり、この位置をP1とする。また、時刻T2(時刻T1から単位サンプリング時間後)における多関節ロボット104の座標は(X2,Z2)であり、この位置をP2とする。以下同様に、図5Aには時刻T3〜T5における座標を示している。
図5Bに示すように、時刻T1から時刻T2の間における多関節ロボット104の移動量L1は、ピタゴラスの定理を用いて算出することができる。
また、三次元空間に適合させ、より一般化した形での移動量L1は、下記式(2)で与えられる。
The
The
FIG. 5 is an explanatory view for explaining a method of calculating a movement path of the articulated
In FIG. 5, for convenience of explanation, it is assumed that the X axis and the Z axis are taken on the paper surface, and the work point moves on the XZ plane.
As shown in FIG. 5A, coordinate information of the articulated
As shown in FIG. 5B, the movement amount L1 of the articulated
Further, the movement amount L1 in a more generalized form adapted to a three-dimensional space is given by the following equation (2).
また、各時刻間ごとの移動量を累計することによって、多関節ロボット104の移動距離を算出することができる。移動経路は、各時刻の座標から特定される位置(図5AのP1〜P5)をつないだ線となる。
Further, by totaling the movement amounts for each time, the movement distance of the articulated
図2の説明に戻り、パルス生成部123は、モータ123Aおよびエンコーダ123Bからなり、距離算出回路122Aで算出された作業点の位置に応じたパルス信号を出力する。
モータ123Aは、距離算出回路122Aで算出された作業点の位置に応じた回転量で回転する。
例えばモータ123Aがパルスモータである場合、モータ123Aと距離算出回路122Aとの間に、作業点が単位距離移動するごとにパルスを生成するパルス生成回路を設けて、作業点が単位距離移動するごとにモータ123Aが単位角度の回転を行うようにする。
また、例えばモータ123Aと距離算出回路122Aとの間に電流発生回路を設けて、作業点が単位距離移動するごとに所定時間電流を発生させ、作業点が単位距離移動するごとにモータ123Aが単位角度の回転を行うようにしてもよい。
また、例えばモータ123Aと距離算出回路122Aとの間に電圧発生回路を設けて、作業点が単位距離移動するごとに所定時間電圧を発生させ、作業点が単位距離移動するごとにモータ123Aが単位角度の回転を行うようにしてもよい。
これらパルス生成回路、電流発生回路、電圧発生回路は、例えば距離算出用チップ122上に設ける。
Returning to the description of FIG. 2, the
The
For example, when the
Further, for example, a current generation circuit is provided between the
Further, for example, a voltage generation circuit is provided between the
The pulse generation circuit, the current generation circuit, and the voltage generation circuit are provided, for example, on the
エンコーダ123Bは、上述した多関節ロボット104のモータ105に取り付けられたエンコーダ50と同様の構成であり、モータ123Aの回転量に応じたパルス信号をプリントヘッドドライバ124に出力する。
エンコーダ123Bは、モータ123Aが所定の単位角度回転するごとにパルス信号を出力するよう構成される。
すなわち、モータ123Aおよびエンコーダ123Bによって、作業点が単位距離移動するごとにパルス信号をプリントヘッドドライバ124に出力する。
The encoder 123B has the same configuration as the
The encoder 123B is configured to output a pulse signal each time the
That is, the
プリントヘッドドライバ124は、プリント制御手段として機能し、印刷図形の形状情報と、基材20における印刷位置情報を含む印刷指示情報と、パルス生成回路122Bで生成されたパルス信号とに基づいて、プリントヘッド102による印刷動作を制御する。
本実施の形態では、印刷装置10がインクジェット式プリンタであるため、プリントヘッドドライバ124は、パルス信号に基づいてプリントヘッド102に対する基材20の位置を検出しながら、プリントヘッド102によるインクの吐出タイミングおよび吐出量を制御する。
The
In the present embodiment, since the
図6は、プリントヘッドドライバ124による制御を模式的に示す説明図である。
図6Aに示す図案F1は、印刷装置10での印刷図形の例であり、基材20上に等間隔(距離Xi)に描かれた2色の縞模様である。
図6A下段に示すパルス信号は、多関節ロボット104による基材20の移動速度を示す。図6A下段のパルス信号は、時間T=4t(tは単位時間)で距離Xi×2だけ基材20を移動させることを示す。すなわち、単位時間(t)当たりの移動距離は2Xi/4であり、この速度が標準移動速度であるものとする。
この場合、プリントヘッドドライバ124は、時間4t内に距離Xi×2分の印刷を行う。
FIG. 6 is an explanatory view schematically showing control by the
A design F1 shown in FIG. 6A is an example of a print pattern in the
The pulse signal shown in the lower part of FIG. 6A indicates the moving speed of the
In this case, the
ここで、何らかの理由で基材20の移動速度が速くなり、時間3tで距離Xi×2だけ基材20が移動したとする。この場合、単位時間(t)当たりの移動距離、すなわち移動速度は2Xi/3(>標準速度)となる。
従来のように基材20の移動速度が一定(標準速度)であるものとして印刷を行うと、時間4t内に距離Xi×2分の印刷を行うことになり、印刷速度に対して基材20の移動速度が速すぎてしまい、図6Bの図案F2のように縞模様の間隔が広くなる。なお、図案F2には単に縞模様の間隔が広くなったように図示しているが、実際には例えば印刷のムラなどが生じると考えられる。
Here, it is assumed that the moving speed of the
If printing is performed on the assumption that the moving speed of the
一方、印刷装置10のプリントヘッドドライバ124は、作業点の移動距離に応じたパルス信号に基づいて印刷動作を制御するので、基材20の実際の移動速度に合わせて印刷範囲等を変更することができる。
すなわち、図6C下段に示すように何らかの理由で基材20の移動速度が速くなった場合(移動速度2Xi/3)、プリントヘッドドライバ124は、時間3t内に距離Xi×2分の印刷を行う。これにより、図6C上段の図案F3のように、誤差なく印刷図形を印刷することができる。
On the other hand, since the
That is, as shown in the lower part of FIG. 6C, when the moving speed of the
図7は、印刷装置10における印刷処理の流れを示すフロー図である。
図7のフロー図は一例であり、例えば図7でロボットコントローラ106またはプリントヘッドドライバ124が行っている処理を、コンピュータ120が行うように構成してもよい。
コンピュータ120は、作業者から印刷指示情報が入力されると(ステップS700)、ロボットコントローラ106に対しては多関節ロボット104の動きに関する制御情報を、プリントヘッドドライバ124に対しては印刷図形の形状情報や基材20における印刷位置情報などを含む制御情報(印刷指示情報)を、それぞれ出力する(ステップS702)。
ロボットコントローラ106は、制御情報が入力されると(ステップS704)、多関節ロボット104を作動させ、基材20を印刷開始位置に移動させる(ステップS706)。印刷開始位置への移動が完了すると、ロボットコントローラ106はプリントヘッドドライバ124に対して移動完了信号を出力する(ステップS708)。
FIG. 7 is a flowchart showing the flow of the printing process in the
The flowchart of FIG. 7 is an example, and for example, the
When printing instruction information is input from the operator (step S700), the
When the control information is input (step S704), the
プリントヘッドドライバ124は、コンピュータ120からの制御情報(ステップS709)および移動完了信号が入力されると(ステップS710)、ロボットコントローラ106に対して印刷開始信号を出力する(ステップS712)。
ロボットコントローラ106は、印刷開始信号が入力されると(ステップS714)、多関節ロボット104をステップS704で入力された制御情報に沿って移動させる(ステップS716)。そして、各移動軸のモータ105に取り付けられたエンコーダ50から出力される移動量情報に基づいてベース座標およびメカニカルインターフェース座標を算出し、算出した座標情報を距離算出用チップ122に出力する(ステップS718)。
When the control information (step S709) and the movement completion signal from the
When the printing start signal is input (step S714), the
距離算出用チップ122は、座標情報が入力されると(ステップS720)、作業点の移動距離を算出するとともに、作業点の移動距離に対応してパルス、電流、電圧のいずれかを発生させてパルス生成部123へと出力する(ステップS722)。
パルス生成部123は、距離算出用チップ122から出力されたパルス、電流、電圧のいずれかを用いて、作業点が単位距離移動するごとにモータ123Aを単位角度回転させるとともに、エンコーダ123Bでモータの回転角度を検出して回転量に応じたパルス信号を生成する。すなわち、作業点の移動距離に基づいてパルス信号を生成し、プリントヘッドドライバ124に出力する(ステップS724)。
プリントヘッドドライバ124は、ステップS709で入力された制御情報およびパルス信号に基づいてプリントヘッド102からのインクの吐出を制御する(ステップS726)。なお、印刷開始からごく短時間の間はパルス信号が入力されないので、制御情報のみを用いてプリントヘッド102を制御する。
When coordinate information is input (step S 720), the
The
The
以上説明したように、実施の形態にかかる印刷装置10は、印刷開始後の作業点の実際の移動量に基づいてプリントヘッド102による印刷動作を制御するので、従来簡易的に(設定通りに多関節ロボット104が動くことを前提に)決定していた印刷動作のタイミングをより正確に決定することができる。これにより、印刷品質の向上を図るとともに、同一条件下での印刷の再現性を向上させることができる。
また、印刷装置10は、作業点の位置が所定の単位距離変化するごとにパルス信号を出力するので、3次元空間内を移動する作業点に対して疑似的なエンコーダとして機能させることができる。
また、印刷装置10は、距離算出回路122Aおよびパルス生成回路122Bを単一の専用集積回路により構成したので、処理負荷の上昇による遅延を防止し、印刷精度を向上させる上で有利となる。
また、印刷装置10は、インクジェット式プリンタであるので、インクとして特殊な材質を用いることが可能であり、例えば基板上に回路を形成するなど図面印刷以外の用途に用いることが可能となる。
また、印刷装置10は、プリントヘッド102を固定し、基材20を動かしながら印刷するため、インクの吐出方向を安定させることができ、印刷品質を向上させることができる。
As described above, since the
In addition, since the
Further, since the
Further, since the
In addition, since the
なお、本発明の適用は印刷装置に限られない。すなわち、多関節ロボットを用いて被作業対象体と作業具との相対位置を変化させながら作業を行う装置であれば、本発明の適用が可能である。
また、本実施の形態では、プリントヘッド102を移動不能に配置し、多関節ロボット104で基材20を移動させながら印刷を行ったが、これに限らず、基材20を移動不能に配置し、多関節ロボット104でプリントヘッド102を移動させながら印刷を行う、または基材20およびプリントヘッド102の両方を多関節ロボット104で移動させながら印刷を行うようにしてもよい。
The application of the present invention is not limited to the printing apparatus. That is, the present invention can be applied to any device that performs work while changing the relative position between the work subject and the work tool using an articulated robot.
Further, in the present embodiment, the
10……印刷装置、20……基材、22,23……支持部材、50……エンコーダ、502……発光素子、504……レンズ、506……コードホイール、506A……スリット部、506B……平板部、508……受光IC、102……プリントヘッド、102A……インク吐出口、104……多関節ロボット、104A……体部、104B……腕部、104C……手首部、105……モータ、106……ロボットコントローラ、108……インク硬化手段、120……コンピュータ、122……距離算出用チップ、122A……距離算出回路、122B……パルス生成回路、124……プリントヘッドドライバ。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記多関節ロボットの移動方向および移動量を制御するロボット制御手段と、
前記多関節ロボットの移動軸毎に設けられ、それぞれの前記移動軸に沿った移動量を測定する複数の移動量測定手段と、
複数の前記移動量測定手段で測定された複数の前記移動量に基づいて、前記多関節ロボットの作業点の3次元空間上の移動距離を算出する距離算出手段と、
前記距離算出手段で算出された前記作業点の移動距離に応じた回転量で回転するモータと、
前記モータの回転量に応じたパルス信号を出力するエンコーダと、
印刷図形の形状情報と、前記被印刷体における印刷位置情報を含む印刷指示情報と、前記パルス信号とに基づいて、前記プリントヘッドによる印刷動作を制御するプリント制御手段と、
を備えることを特徴とする印刷装置。 A printing apparatus that performs printing while changing the relative position between a printing medium and a print head using an articulated robot,
Robot control means for controlling the moving direction and moving amount of the articulated robot;
A plurality of movement amount measuring means provided for each movement axis of the articulated robot and measuring movement amounts along the movement axes;
Distance calculation means for calculating the movement distance of the working point of the articulated robot in a three-dimensional space based on the plurality of movement amounts measured by the plurality of movement amount measurement means;
A motor that rotates at a rotation amount according to the movement distance of the work point calculated by the distance calculation means;
An encoder that outputs a pulse signal according to the amount of rotation of the motor;
Print control means for controlling the printing operation by the print head based on the shape information of the print figure, the print instruction information including the print position information on the printing material, and the pulse signal;
A printing apparatus comprising:
前記エンコーダは、前記モータが所定量回転するごとに前記パルス信号を出力し、
前記プリント制御手段は、前記パルス信号に基づいて前記プリントヘッドに対する前記被印刷体の位置を検出する、
ことを特徴とする請求項1記載の印刷装置。 The motor rotates by a predetermined unit rotation amount each time the movement distance of the work point changes by a predetermined unit distance.
The encoder outputs the pulse signal each time the motor rotates a predetermined amount,
The print control means detects the position of the printing medium relative to the print head based on the pulse signal.
The printing apparatus according to claim 1,
ことを特徴とする請求項1または2記載の印刷装置。 The distance calculating means is constituted by a dedicated integrated circuit,
The printing apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that:
前記プリント制御手段は、前記プリントヘッドによる前記インクの吐出タイミングおよび吐出量を制御する、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の印刷装置。 The print head includes an ink discharge port that discharges an ink forming the print pattern to the print target.
The print control means controls the discharge timing and discharge amount of the ink by the print head.
The printing apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
前記多関節ロボットは、前記被印刷体を前記作業点に固定して保持しながら前記作業点を移動させることにより前記被印刷体とプリントヘッドとの相対位置を変化させる、
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の印刷装置。 The print head is arranged immovably,
The articulated robot changes the relative position between the print medium and the print head by moving the work point while holding the print medium fixed to the work point.
The printing apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
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