JP2024165695A - 印刷方法、印刷ヘッドユニットおよびロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】硬化型インクによる印刷結果が不良であっても修正することが可能な印刷方法、印刷ヘッドユニットおよびロボットシステムを提供すること。
【解決手段】インク吐出ヘッドと、前記インク吐出ヘッドを支持して移動させるロボットアームを備えるロボットと、を用い、前記ロボットが前記インク吐出ヘッドを走査させながら、前記インク吐出ヘッドが硬化型インクを吐出し、対象物に印刷を行う印刷方法であって、前記インク吐出ヘッドが前記対象物に向けて前記硬化型インクを吐出するステップと、前記対象物に吐出された前記硬化型インクを検査し、検査結果を出力するステップと、前記検査結果が合格か否かを判定するステップと、前記検査結果が前記合格である場合に、前記対象物に吐出された前記硬化型インクを硬化させるステップと、を含むことを特徴とする印刷方法。
【選択図】図４

Description

本発明は、印刷方法、印刷ヘッドユニットおよびロボットシステムに関するものである。

複数の可動部の動作を組み合わせてインクジェットプリントヘッドを移動させ、立体物の表面に印刷を行う立体物印刷装置が知られている。

例えば、特許文献１には、三次元的な対象物にインクジェット印刷を行うシステムであって、ジョイントアーム・ロボットと、印刷ヘッドと、これらの間に配置されたピエゾアクチュエーターと、を備えるシステムが開示されている。ロボットは、対象物の表面に沿って印刷ヘッドを移動させるように構成されている。これにより、非平面の領域にもインクジェット印刷を行うことができる。

特開２０１３－２０２７８１号公報

インクジェット印刷では、硬化型のインクを用いることもできる。硬化型のインクは、対象物に吐出された後、例えば紫外線照射されたり、加熱されたりすることによって硬化する。このため、硬化が完了したインクを除去することは困難であり、印刷結果が不良であっても修正することができないという課題がある。そこで、ロボットが硬化型のインクを吐出して行う印刷において、印刷結果が不良であっても、それを修正することが可能な印刷方法を実現することが求められている。

本発明の適用例に係る印刷方法は、
インク吐出ヘッドと、前記インク吐出ヘッドを支持して移動させるロボットアームを備えるロボットと、を用い、前記ロボットが前記インク吐出ヘッドを走査させながら、前記インク吐出ヘッドが硬化型インクを吐出し、対象物に印刷を行う印刷方法であって、
前記インク吐出ヘッドが前記対象物に向けて前記硬化型インクを吐出するステップと、
前記対象物に吐出された前記硬化型インクを検査し、検査結果を出力するステップと、
前記検査結果が合格か否かを判定するステップと、
前記検査結果が前記合格である場合に、前記対象物に吐出された前記硬化型インクを硬化させるステップと、
を含む。

本発明の適用例に係る印刷ヘッドユニットは、
ロボットアームに支持され、対象物に対して走査されることにより印刷を行う印刷ヘッドユニットであって、
前記ロボットアームに取り付けられる取付部と、
硬化型インクを吐出するインク吐出ヘッドと、
吐出された前記硬化型インクを検査する検査装置と、
吐出された前記硬化型インクを硬化させる硬化装置と、
を備える。

本発明の適用例に係るロボットシステムは、
対象物に対して印刷を行うロボットシステムであって、
硬化型インクを吐出するインク吐出ヘッドと、
前記インク吐出ヘッドを支持して移動させるロボットアームを備えるロボットと、
吐出された前記硬化型インクを検査する検査装置と、
吐出された前記硬化型インクを硬化させる硬化装置と、
前記インク吐出ヘッド、前記ロボット、前記検査装置および前記硬化装置の各動作を制御することにより、前記印刷を行わせる制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記検査装置から出力される検査結果を取得する検査結果取得部と、
前記検査結果が合格か否かを判定する判定部と、
前記検査結果が合格である場合に、前記硬化型インクの硬化を前記硬化装置に行わせる硬化処理部と、
を有する。

第１実施形態に係るロボットシステムの全体構成を示す斜視図である。 図１に示すロボットシステムの機能ブロック図である。 図１に示す印刷ヘッドユニットを示す平面図である。 第１実施形態に係る印刷方法を説明するためのフローチャートである。 図４に示す印刷方法を説明するための図であって、図４に示す各ステップにおけるロボットシステムの動作を説明する図である。 図４に示す印刷方法を説明するための図であって、図４に示す各ステップにおけるロボットシステムの動作を説明する図である。 図４に示す印刷方法を説明するための図であって、図４に示す各ステップにおけるロボットシステムの動作を説明する図である。 図４に示す印刷方法を説明するための図であって、図４に示す各ステップにおけるロボットシステムの動作を説明する図である。 図４に示す印刷方法を説明するための図であって、図４に示す各ステップにおけるロボットシステムの動作を説明する図である。 第２実施形態に係るロボットシステムの部分構成を示す側面図である。 第２実施形態に係るロボットシステムの部分構成を示す側面図である。 第２実施形態に係るロボットシステムの部分構成を示す側面図である。 第３実施形態に係る印刷方法を説明するためのフローチャートである。 図１３に示す印刷方法に用いられる印刷ヘッドユニットおよびロボットシステムの部分構成を示す側面図である。

以下、本発明の印刷方法、印刷ヘッドユニットおよびロボットシステムの好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

１．第１実施形態
まず、第１実施形態に係る印刷方法、印刷ヘッドユニットおよびロボットシステムについて説明する。

１．１．ロボットシステム
図１は、第１実施形態に係るロボットシステム１００の全体構成を示す斜視図である。図２は、図１に示すロボットシステム１００の機能ブロック図である。図３は、図１に示す印刷ヘッドユニット１０を示す平面図である。

図１に示すロボットシステム１００は、ロボット２００と、印刷ヘッドユニット１０（第１実施形態に係る印刷ヘッドユニット）と、対象物Ｑを支持および固定する固定部材７００と、制御装置９００と、を備える。

ロボット２００は、６つの駆動軸を有する６軸の垂直多関節ロボットである。ロボット２００は、床に固定された基台２１０と、基台２１０に接続されたロボットアーム２２０と、ロボットアーム２２０に取り付けられた移動ステージ３００と、を有する。なお、移動ステージ３００は、必要に応じて設けられればよく、省略されていてもよい。その場合、印刷ヘッドユニット１０を直接、ロボットアーム２２０に取り付ければよい。また、ロボット２００が有する駆動軸は、６つより少なくても多くてもよい。また、ロボット２００は、水平多関節ロボットであってもよいし、複数のロボットアームを有する多腕ロボットであってもよい。

ロボットアーム２２０は、複数のアーム２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６が回動自在に連結されたロボティックアームであり、６つの関節Ｊ１～Ｊ６を備えている。このうち、関節Ｊ２、Ｊ３、Ｊ５は、曲げ関節であり、関節Ｊ１、Ｊ４、Ｊ６は、ねじり関節である。また、ロボットアーム２２０には、図２に示すアーム駆動機構２３０が設けられている。アーム駆動機構２３０は、図１に示す関節Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６にそれぞれ設けられたモーターＭおよびエンコーダーＥで構成されている。モーターＭは、関節Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６をそれぞれ駆動する駆動源である。エンコーダーＥは、モーターＭの回転量（アームの回動角）を検出する。

アーム２２６の先端部には、図１に示すように、移動ステージ３００を介して印刷ヘッドユニット１０が取り付けられている。図１に示す印刷ヘッドユニット１０は、取付部１１と、インク吐出ヘッド４００と、検査装置５００と、硬化装置８００と、を備える。

取付部１１は、移動ステージ３００を介してアーム２２６の先端部に接続されている。また、取付部１１は、インク吐出ヘッド４００、検査装置５００および硬化装置８００を支持している。このような取付部１１は、例えば十分な剛性を有するプレートで構成される。これにより、互いの位置関係を保持しつつ、インク吐出ヘッド４００、検査装置５００および硬化装置８００をロボットアーム２２０に接続することができる。なお、取付部１１の構成は、これに限定されない。

インク吐出ヘッド４００は、図３に示すように、図示しないインク室およびインク室の壁面に配置された振動板と、インク室に繋がるインク吐出孔４１１と、を有し、振動板が振動することによりインク室内のインクがインク吐出孔４１１から吐出する構成となっている。ただし、インク吐出ヘッド４００の構成は、特に限定されない。

インク吐出ヘッド４００から吐出されるインクは、硬化型インクである。硬化型インクとは、未硬化の状態で吐出された後、硬化反応を生じ、硬化する特性を有するインクである。硬化反応のタイミングを選択できるため、様々な材質の対象物Ｑに対して、インクを適切に定着させることができる。硬化型インクとしては、例えば、紫外線硬化型インク（ＵＶインク）、熱硬化型インク（レジンインク）等が挙げられる。このうち、紫外線硬化型インクは、紫外線を照射することにより、短時間で硬化するインクであるため、濡れ広がりの範囲が特に制御されやすく、インク吐出ヘッド４００から吐出するインクとして有用である。一方、熱硬化型インクには、水系のインクも存在する。水系のインクは、臭いの発生が少なく、取り扱いやすいインクとして有用である。

また、ロボットシステム１００は、プリントコントローラー４２０を備える。インク吐出ヘッド４００は、図２に示すように、プリントコントローラー４２０に接続されている。図１の例では、プリントコントローラー４２０がインク吐出ヘッド４００と同様、移動ステージ３００を介してアーム２２６の先端部に取り付けられている。プリントコントローラー４２０は、制御装置９００から出力される制御信号に基づいて、インク吐出ヘッド４００の動作を制御する。

プリントコントローラー４２０は、例えば、１個以上のＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサー、メモリー、外部インターフェース等を含む。なお、プリントコントローラー４２０は、ＣＰＵに代えて、または、ＣＰＵに加えて、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを含んでいてもよい。また、プリントコントローラー４２０は、制御装置９００に組み込まれていてもよい。

検査装置５００は、図３に示すように、撮像部５１０を有する。撮像部５１０は、対象物Ｑに吐出されたインクを撮像する。撮像部５１０で撮像した画像に基づいて、吐出されたインクの検査を行うことができる。なお、本明細書において「検査」とは、吐出されたインクで形成された塗膜の画像を撮像することをいう。

本実施形態において、検査装置５００は、印刷ヘッドユニット１０に含まれているが、必ずしも含まれていなくてもよい。その場合、検査装置５００は、例えばロボットアーム２２０の任意の位置に設けられていてもよいし、ロボットアーム２２０とは異なる位置に設けられていてもよい。ロボットアーム２２０とは異なる位置としては、例えば、ロボット２００が配置されている空間の天井や壁、床に建てられた支柱等が挙げられる。

撮像部５１０は、例えばカメラである。カメラとしては、例えば、モノクロカメラ、カラーカメラ、分光カメラ等が挙げられる。

このうち、モノクロカメラやカラーカメラは、２次元に分布する輝度情報を少なくとも含む画像を取得できる。輝度情報は、２次元の画素における輝度値である。このような画像を用いることで、対象物Ｑに吐出されたインクの位置や形状を検査することができる。

また、分光カメラは、２次元の輝度情報および色情報を少なくとも含む画像を取得できる。色情報は、画素における色度および明度である。このような色情報を伴う画像を用いることで、対象物Ｑに吐出されたインクの位置や形状だけでなく、インクの色、つまりインクの種類を検査することができる。

硬化装置８００は、図３に示すように、紫外線照射部８１０を有する。紫外線照射部８１０は、対象物Ｑに吐出されたインクに向けて紫外線を照射する。これにより、紫外線硬化型インクを硬化させ、定着させることができる。

なお、硬化装置８００は、紫外線照射部８１０以外の機器を有していてもよい。このような機器としては、例えば、抵抗加熱ヒーター、赤外線ヒーター等が挙げられる。また、これらの機器を用いた場合、インクには、熱硬化型インクを用いればよい。

本実施形態において、硬化装置８００は、印刷ヘッドユニット１０に含まれているが、必ずしも含まれていなくてもよい。その場合、硬化装置８００は、例えばロボットアーム２２０の任意の位置に設けられていてもよいし、ロボットアーム２２０とは異なる位置に設けられていてもよい。ロボットアーム２２０とは異なる位置としては、例えば、ロボット２００が配置されている空間の天井や壁、床に建てられた支柱等が挙げられる。

移動ステージ３００は、図３に示すように、アーム２２６に接続された基部３１０と、基部３１０に対して移動するステージ３２０と、基部３１０に対してステージ３２０を移動させる移動機構３３０と、を有する。図３に示すように、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸としたとき、ステージ３２０は、基部３１０に対してＹ軸に沿う方向に移動可能なＹステージ３２０Ｙと、Ｙステージ３２０Ｙに対してＸ軸に沿う方向に移動可能なＸステージ３２０Ｘと、を有する。Ｘステージ３２０ＸおよびＹステージ３２０Ｙは、図示しないリニアガイドによってＸ軸方向およびＹ軸方向に直動案内されており、滑らかに移動することができる。印刷ヘッドユニット１０は、Ｘステージ３２０Ｘに取り付けられている。なお、ステージ３２０は、基部３１０に対してＺ軸まわりに回転可能な回転ステージを有していてもよい。

移動機構３３０は、Ｙステージ３２０Ｙを基部３１０に対してＹ軸に沿う方向に移動させるＹ移動機構３３０Ｙと、Ｘステージ３２０ＸをＹステージ３２０Ｙに対してＸ軸に沿う方向に移動させるＸ移動機構３３０Ｘと、を有する。

Ｙ移動機構３３０ＹおよびＸ移動機構３３０Ｘは、それぞれ、駆動源として圧電アクチュエーター３４０を有する。圧電アクチュエーター３４０は、圧電素子の伸縮を利用して振動し、その振動をＸステージ３２０ＸおよびＹステージ３２０Ｙに伝達することによって移動させる。つまり、移動ステージ３００は、ピエゾ駆動により、ロボットアーム２２０に対して印刷ヘッドユニット１０を移動させるように構成されている。これにより、移動ステージ３００の小型化および軽量化を図ることができる。また、移動ステージ３００の駆動精度が向上する。さらに、圧電アクチュエーター３４０は、停止時の保持トルクが大きいため、ブレーキを追加する必要がない点、および、停止時のステージ３２０の位置安定性が高い点でも有用である。なお、駆動源は、圧電アクチュエーター３４０以外のアクチュエーターであってもよい。

また、ロボットシステム１００は、図１および図２に示すように、ロボットコントローラー６００を備える。モーターＭおよびエンコーダーＥは、ロボットコントローラー６００に接続されている。ロボットコントローラー６００は、制御装置９００から出力される制御信号に基づいて、ロボット２００の動作を制御する。

ロボットコントローラー６００は、機能部として、アーム制御部６１０、移動ステージコントローラー６２０、および、記憶部６３０を有する。

アーム制御部６１０は、アーム駆動機構２３０の動作を制御する制御信号を出力することにより、ロボットアーム２２０を目的とする姿勢に制御する。

移動ステージコントローラー６２０は、移動ステージ３００の動作を制御する制御信号を出力することにより、ロボットアーム２２０に対して印刷ヘッドユニット１０を目的とする位置に移動させる。なお、移動ステージコントローラー６２０は、ロボットコントローラー６００から独立していてもよい。

記憶部６３０は、ロボットコントローラー６００での処理に必要なプログラム、プログラムの実行に必要なデータ等を格納する。

ロボットコントローラー６００は、例えば、１個以上のＣＰＵのようなプロセッサー、メモリー、外部インターフェース等を含む。なお、ロボットコントローラー６００は、ＣＰＵに代えて、または、ＣＰＵに加えて、ＦＰＧＡ等のプログラマブルロジックデバイスを含んでいてもよい。

制御装置９００は、ロボットコントローラー６００、プリントコントローラー４２０、検査装置５００および硬化装置８００の各動作を制御して、対象物Ｑに対する印刷を実行させる。制御装置９００は、図２に示すように、機能部として、印刷制御部９１０および記憶部９３０を有する。印刷制御部９１０は、印刷データ生成部９１２、検査結果取得部９１４、判定部９１６および硬化処理部９１８を含む。

印刷データ生成部９１２は、印刷データを生成し、ロボットコントローラー６００およびプリントコントローラー４２０に出力する。印刷データとは、対象物Ｑに印刷する文字、画像等を構成するデータである。

検査結果取得部９１４は、検査装置５００の動作を制御し、対象物Ｑの印刷面Ｑ１に吐出された直後のインクを検査装置５００に撮像させる。そして、得られた画像を検査結果として出力させ、取得する。

判定部９１６は、検査結果取得部９１４が取得した検査結果の合否を判定する。合否の判定方法としては、例えば、検査結果が２次元の輝度情報を含む画像である場合には、吐出されたインクの位置や形状で構成されるパターンが、あらかじめ登録されているテンプレート画像に含まれるパターン、つまり合格基準と一致するか否かを判定する方法が挙げられる。この判定では、公知のテンプレートマッチングの技術に基づいて合否が判定される。

また、検査結果が色情報を含む画像である場合には、吐出されたインクの色相および彩度からなる色度ならびに明度が、あらかじめ登録されている合格基準を満たしているか否かを判定する方法が挙げられる。具体的には、例えば、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系において、検査結果に含まれる色情報と基準の色との差（色差ΔＥ）が所定の範囲内にあるか否かを判定する方法が挙げられる。そして、判定部９１６は、色差ΔＥが所定の範囲内にある場合、合格基準を満たしているとして合格と判定し、所定の範囲内にない場合、合格基準を満たしていないとして不合格（否）と判定する。このように色情報を用いることで、吐出されたインクの位置や形状だけでなく、インクの色に基づく合否判定を行うことができる。その結果、印刷結果に色の不良が生じるのを抑制することができる。

硬化処理部９１８は、硬化装置８００による塗膜の硬化を制御する。そして、判定部９１６での判定が合格である場合、硬化装置８００から紫外線を照射し、検査対象のインクを硬化させる。一方、判定部９１６での判定が不合格である場合、硬化装置８００は、紫外線を照射しない。

記憶部９３０は、制御装置９００の動作に必要なプログラム、プログラムの実行に必要なデータ等を格納する。

制御装置９００は、例えば、コンピューターで構成され、情報を処理するプロセッサー（ＣＰＵ）と、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部インターフェースと、を有する。また、メモリーにはプロセッサーにより実行可能な各種プログラムが保存され、プロセッサーは、メモリーに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行することにより、前述した機能を実現する。なお、制御装置９００は、ＣＰＵに代えて、または、ＣＰＵに加えて、ＦＰＧＡ等のプログラマブルロジックデバイスを含んでいてもよい。

以上、第１実施形態に係るロボットシステム１００の構成について説明したが、移動ステージ３００は、ロボットアーム２２０から離れた位置、例えば固定部材７００に取り付けられ、対象物Ｑを支持していてもよい。この場合、移動ステージ３００は、ロボットアーム２２０の動作に同期して、対象物Ｑの位置を微調整するように構成されていてもよい。また、移動ステージ３００は、例えば後述する印刷方向Ｄ１と直交する直交方向Ｄ２におけるロボットアーム２２０のぶれをキャンセルするように、印刷ヘッドユニット１０を移動させる機能を有していてもよい。

１．２．印刷方法
次に、第１実施形態に係る印刷方法について説明する。なお、以下の説明では、一例として、前述したロボットシステム１００を用いた方法について説明する。

図４は、第１実施形態に係る印刷方法を説明するためのフローチャートである。図５ないし図９は、それぞれ、図４に示す印刷方法を説明するための図であって、図４に示す各ステップにおけるロボットシステム１００の動作を説明する図である。

第１実施形態に係る印刷方法は、対象物Ｑに対してロボット２００が印刷ヘッドユニット１０を印刷方向Ｄ１に走査させながら、インク吐出ヘッド４００がインク４０を吐出し、対象物Ｑに印刷を行う方法である。

図４に示す印刷方法は、インク吐出ステップＳ１０２と、検査ステップＳ１０４と、判定ステップＳ１０６と、インク除去ステップＳ１０８と、硬化ステップＳ１１０と、を有する。以下、各ステップについて順に説明する。

１．２．１．インク吐出ステップ
インク吐出ステップＳ１０２では、印刷制御部９１０の印刷データ生成部９１２が対象物Ｑの印刷面Ｑ１の形状や大きさ等を取得する。そして、印刷面Ｑ１におけるロボット２００の作動条件を決定する。作動条件としては、特に限定されないが、例えば印刷面Ｑ１におけるロボットアーム２２０の姿勢、移動経路、加速度、減速度および最大速度等、ならびに、移動ステージ３００の移動量、移動速度等が挙げられる。これらの作動条件は、印刷制御部９１０にあらかじめ入力された情報や適宜入力される画像データ等に基づいて、印刷データ生成部９１２が設定する。

次に、インク吐出ステップＳ１０２では、印刷データ生成部９１２が生成した印刷データを、ロボットコントローラー６００およびプリントコントローラー４２０に出力する。ロボットコントローラー６００は、印刷データに基づいてロボット２００の動作を制御する。プリントコントローラー４２０は、印刷データに基づいてインク吐出ヘッド４００の動作を制御する。そして、ロボット２００が印刷ヘッドユニット１０を印刷方向Ｄ１に走査させながら、図５に示すように、インク吐出ヘッド４００が印刷面Ｑ１に向けてインク４０を吐出する。吐出されたインク４０は、印刷データに設定された範囲（所定範囲）に着弾し、塗膜４２を形成する。ここでいう「所定範囲」とは、塗膜４２の形成後、後述するステップで検査および硬化を行う最小単位の領域のことをいう。塗膜４２の形成、後述するステップで検査および硬化を所定範囲ごとに繰り返すことにより、最終的に目的とする印刷結果が得られる。

１．２．２．検査ステップ
検査ステップＳ１０４では、印刷面Ｑ１に吐出されたインク４０、つまり印刷面Ｑ１上に形成した塗膜４２を検査する。具体的には、図６に示すように、検査装置５００で塗膜４２を撮像する。制御装置９００の検査結果取得部９１４は、得られた画像を検査結果として取得する。検査装置５００は、印刷ヘッドユニット１０に組み込まれているため、塗膜４２の検査を所定範囲ごとに行うことができる。これにより、検査用の画像のサイズが小さくて済み、検査装置５００の簡素化も図ることができる。このため、検査ステップＳ１０４および判定ステップＳ１０６の高速化を図ることができる。また、検査の待ち時間が長くなるのを抑制できるため、塗膜４２に意図しない濡れ広がり等の変化が生じるのを抑制することができる。

なお、所定範囲の塗膜４２を形成した直後に検査を行うのではなく、所定範囲の塗膜４２を複数単位にわたって形成した後、複数単位の塗膜４２をまとめて検査するようにしてもよい。また、塗膜４２の所定範囲は、特に限定されず、例えば、検査装置５００の検査範囲やインク４０の乾燥時間等を考慮して設定される。

１．２．３．判定ステップ
判定ステップＳ１０６では、制御装置９００の判定部９１６が、合格基準に照らして検査結果が合格か否かを判定する。

検査結果が合格であった場合、硬化ステップＳ１１０に移行する。一方、検査結果が否、すなわち合格でない場合、インク除去ステップＳ１０８に移行する。これにより、検査結果が不合格である塗膜４２（印刷不良の塗膜４２）がそのまま後述する硬化ステップＳ１１０に移行してしまうのを防止できる。その結果、新たな対象物Ｑを用意するための工数やコストの削減を図りつつ、最終的に不良の少ない印刷結果を得ることができる。

１．２．４．インク除去ステップ
インク除去ステップＳ１０８では、印刷面Ｑ１に吐出されたインク４０、つまり塗膜４２を除去する。これにより、対象物Ｑを再生することができ、対象物Ｑの無駄な廃棄を防止することができる。塗膜４２は、未硬化のインク４０で構成されているため、各種の除去方法によって除去可能である。塗膜４２の除去方法としては、例えば、ふき取り、吸い取り、洗浄等が挙げられる。

塗膜４２を除去した後、インク吐出ステップＳ１０２に戻り、印刷を再開する。その場合、印刷再開後のインク吐出ステップＳ１０２では、インク除去ステップＳ１０８で除去された部分から印刷を再開するように、印刷データが設定される。

１．２．５．硬化ステップ
硬化ステップＳ１１０では、検査結果が合格であった場合、検査対象であった塗膜４２に対し、図７に示すように、紫外線ＵＶを照射する硬化処理を行う。これにより、塗膜４２が硬化し、図８に示す硬化膜４４が得られる。以上のようにして、印刷データが忠実に反映された硬化膜４４が得られる。上記のような印刷方法によれば、印刷不良が発生した硬化膜４４が生じるのを防止することができる。このため、目的とする形状の印刷結果を得ることができる。

なお、塗膜４２の硬化は、所定範囲ごとに行う。これにより、紫外線ＵＶの照射範囲が少なくて済むため、硬化装置８００の小型化を図ることができる。また、硬化の待ち時間が長くなるのを抑制できるため、塗膜４２に意図しない濡れ広がり等の変化が生じるのを抑制することができる。

なお、所定範囲の塗膜４２を検査した直後に硬化を行うのではなく、所定範囲の塗膜４２を複数単位にわたって検査した後、複数単位の塗膜４２をまとめて硬化させるようにしてもよい。

以上のような印刷方法による硬化膜４４の形成を繰り返すことにより、図９に示すように、硬化膜４４を連続させることができる。これにより、印刷データが反映された硬化膜４６を得ることができる。

なお、図３に示す印刷ヘッドユニット１０では、インク吐出ヘッド４００、検査装置５００および硬化装置８００がこの順で並んでおり、ロボット２００によって一体的に走査される。このため、インク吐出ヘッド４００によって塗膜４２が形成された直後、印刷ヘッドユニット１０を印刷方向Ｄ１に走査させると、塗膜４２上には、検査装置５００および硬化装置８００が順次移動することになる。これにより、インク４０の吐出、塗膜４２の検査および塗膜４２の硬化を連続して行うことができる。その結果、次々と印刷不良が発生し続けることが抑制され、精度の高い印刷結果を効率よく得ることができる。

２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係る印刷ヘッドユニットおよびロボットシステムについて説明する。

図１０ないし図１２は、それぞれ第２実施形態に係るロボットシステム１００の部分構成を示す側面図である。

以下、第２実施形態について説明するが、以下の説明では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図１０ないし図１２において、前記第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。

第２実施形態に係るロボットシステム１００は、インク吐出ヘッド４００、検査装置５００および硬化装置８００が、互いに異なるロボット２００Ａ、ロボット２００Ｂおよびロボット２００Ｃに取り付けられていること以外、第１実施形態に係るロボットシステム１００と同様である。

第２実施形態では、まず、図１０に示すように、ロボット２００Ａに取り付けられたインク吐出ヘッド４００からインク４０を吐出する。そして、印刷面Ｑ１上に塗膜４２を形成する。

次に、塗膜４２上にロボット２００Ｂに取り付けられた検査装置５００を移動させる。そして、図１１に示すように、検査装置５００で塗膜４２を検査する。

次に、検査結果が合格か否か判定し、検査結果が合格であった場合、塗膜４２上にロボット２００Ｃに取り付けられた硬化装置８００を移動させる。そして、図１２に示すように、硬化装置８００で塗膜４２を硬化させる。これにより、図８と同様の硬化膜４４が得られる。
以上のような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、第２実施形態では、塗膜４２に対する検査のタイミング、および、塗膜４２を硬化させるタイミングを、それぞれ自在に調整することができる。このため、例えば、吐出されたインク４０が濡れ広がるのを待ってから検査や硬化を行うことも可能になる。これにより、インク４０の特性に応じた検査や硬化を行うことができ、より高品質な硬化膜４４を形成することができる。

また、インク吐出ヘッド４００、検査装置５００および硬化装置８００のうち、任意の２つが１つのロボットに取り付けられ、残る１つが別のロボットに取り付けられていてもよい。

３．第３実施形態
次に、第３実施形態に係る印刷方法、印刷ヘッドユニットおよびロボットシステムについて説明する。

図１３は、第３実施形態に係る印刷方法を説明するためのフローチャートである。図１４は、図１３に示す印刷方法に用いられる印刷ヘッドユニット１０およびロボットシステム１００の部分構成を示す側面図である。

以下、第３実施形態について説明するが、以下の説明では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図１３および図１４において、前記第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。

第３実施形態に係る印刷方法は、仮硬化ステップＳ１２０を含むことを以外、第１実施形態に係る印刷方法と同様である。また、第３実施形態に係る印刷ヘッドユニット１０およびロボットシステム１００は、仮硬化装置８５０を備えること以外、第１実施形態に係る印刷ヘッドユニット１０およびロボットシステム１００と同様である。

図１３に示す印刷方法は、図４に示す各ステップに加え、インク吐出ステップＳ１０２と検査ステップＳ１０４との間に設けられた仮硬化ステップＳ１２０を含む。仮硬化ステップＳ１２０では、印刷面Ｑ１に吐出されたインク４０、つまり印刷面Ｑ１上に形成した塗膜４２の仮硬化を行う。仮硬化は、図１４に示す仮硬化装置８５０を用いて行う。

図１４に示す仮硬化装置８５０は、照射する紫外線の積算光量が、硬化装置８００が照射する紫外線の積算光量よりも少なく設定されていること以外、図３に示す硬化装置８００と同様である。紫外線の積算光量が少なく設定されているため、仮硬化装置８５０から塗膜４２に向けて紫外線を照射しても、塗膜４２は硬化に至らず、仮硬化（半硬化）の状態に留まる。仮硬化した塗膜４２は、インク除去ステップＳ１０８で除去可能である。そして、仮硬化した塗膜４２は、形成直後の塗膜４２に比べて濡れ広がりにくい状態になっている。このため、仮硬化した塗膜４２は、インク４０の着弾位置が精度よく反映され、目的とする形状を有するものとなる。

なお、図１４に示す印刷ヘッドユニット１０では、インク吐出ヘッド４００、仮硬化装置８５０、検査装置５００および硬化装置８００がこの順で並んでおり、ロボット２００によって一体的に走査される。このため、インク吐出ヘッド４００によって塗膜４２が形成された直後、印刷ヘッドユニット１０を印刷方向Ｄ１に走査させると、塗膜４２上には、仮硬化装置８５０、検査装置５００および硬化装置８００が順次移動することになる。これにより、インク４０の吐出、塗膜４２の仮硬化、塗膜４２の検査および塗膜４２の硬化を連続して行うことができる。その結果、精度の高い硬化膜４４を連続的に形成することができ、精度の高い印刷結果を得ることができる。
以上のような第３実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

４．各実施形態が奏する効果
以上のように、前記実施形態に係る印刷方法は、インク吐出ヘッド４００と、ロボット２００と、を用い、ロボット２００がインク吐出ヘッド４００を走査させながら、インク吐出ヘッド４００がインク４０（硬化型インク）を吐出し、対象物Ｑに印刷を行う印刷方法である。ロボット２００は、インク吐出ヘッド４００を支持して移動させるロボットアーム２２０を備える。そして、この印刷方法は、インク吐出ステップＳ１０２と、検査ステップＳ１０４と、判定ステップＳ１０６と、硬化ステップＳ１１０と、を含む。インク吐出ステップＳ１０２では、インク吐出ヘッド４００が対象物Ｑに向けてインク４０を吐出する。検査ステップＳ１０４では、対象物Ｑに吐出されたインク４０を検査し、検査結果を出力する。判定ステップＳ１０６では、検査結果が合格か否かを判定する。硬化ステップＳ１１０では、検査結果が合格である場合に、対象物Ｑに吐出されたインク４０を硬化させる。

このような構成によれば、硬化型インクであるインク４０による印刷結果が不良であっても、塗膜４２を硬化させる前に検査し、必要に応じて修正することができる。このため、印刷不良による対象物Ｑの廃棄を避けることができ、工数やコストの削減を図りつつ、不良の少ない印刷結果を得ることができる。その結果、対象物Ｑに対して精度の高い印刷を効率よく行うことができる。

また、インク４０（硬化型インク）は、紫外線ＵＶの照射により硬化するインクであることが好ましい。

紫外線硬化型インクは、紫外線ＵＶを照射することにより、短時間で硬化するインクであるため、濡れ広がりの範囲が特に制御されやすい。

また、前述した検査結果は、対象物Ｑに吐出されたインク４０（硬化型インク）を撮像して得られる２次元の画像を含んでいてもよい。この場合、判定ステップＳ１０６（検査結果が合格か否かを判定するステップ）は、２次元の画像が合格基準を満たすか否かを判定し、満たす場合には合格とする処理を含むことが好ましい。

２次元の画像は、対象物Ｑに吐出されたインク４０の位置や形状の検査に用いることができる。このため、インク４０の位置や形状で構成されるパターンに対し、テンプレートマッチングを行うことができる。これにより、検査結果の合否判定をより簡単にかつ精度よく行うことができる。

また、前述した検査結果は、対象物Ｑに吐出されたインク４０（硬化型インク）から取得される色情報を含んでいてもよい。この場合、判定ステップＳ１０６（検査結果が合格か否かを判定するステップ）は、色情報が合格基準を満たすか否かを判定し、満たす場合には合格とする処理を含むことが好ましい。

色情報は、対象物Ｑに吐出されたインク４０の色を検査結果に含めることができる。これにより、印刷結果に色の不良が生じるのを抑制することができる。

また、前述した検査結果が否の場合には、対象物Ｑに吐出されたインク４０（硬化型インク）を除去するインク除去ステップＳ１０８を含んでいてもよい。

このような構成によれば、不合格になったインク４０を除去して、対象物Ｑを再生することができる。これにより、対象物Ｑの無駄な廃棄を防止することができる。

また、前記実施形態に係る印刷方法は、必要に応じて、仮硬化ステップＳ１２０を含む。仮硬化ステップＳ１２０では、検査ステップＳ１０４（検査結果を出力するステップ）よりも前に設けられ、対象物Ｑに吐出されたインク４０（硬化型インク）を仮硬化させる。

このような構成によれば、形成直後の塗膜４２に比べて濡れ広がりにくい状態になっている仮硬化した塗膜４２が得られる。仮硬化した塗膜４２は、インク４０の着弾位置が精度よく反映され、目的とする形状を有するものとなる。また、仮硬化した塗膜４２は、インク除去ステップＳ１０８で除去可能である。

また、前記実施形態に係る印刷ヘッドユニット１０は、ロボットアーム２２０に支持され、対象物Ｑに対して走査されることにより印刷を行う。この印刷ヘッドユニット１０は、取付部１１と、インク吐出ヘッド４００と、検査装置５００と、硬化装置８００と、を備える。取付部１１は、ロボットアーム２２０に取り付けられる。インク吐出ヘッド４００は、インク４０（硬化型インク）を吐出する。検査装置５００は、吐出されたインク４０を検査する。硬化装置８００は、吐出されたインク４０を硬化させる。

このような構成によれば、インク４０による印刷結果が不良であっても、塗膜４２を硬化させる前に検査し、必要に応じて修正する印刷方法に適用可能な印刷ヘッドユニット１０が得られる。このため、印刷不良による対象物Ｑの廃棄を避けることができ、工数やコストの削減を図りつつ、不良の少ない印刷結果を得ることができる。その結果、対象物Ｑに対して精度の高い印刷を効率よく行うことができる。

また、インク吐出ヘッド４００、検査装置５００および硬化装置８００は、この順で並んでいることが好ましい。

このような印刷ヘッドユニット１０は、一体的に走査されるため、インク４０の吐出、塗膜４２の検査および塗膜４２の硬化を連続して行うことができる。これにより、精度の高い硬化膜４４を連続的に形成することができ、精度の高い印刷結果を得ることができる。

また、前記実施形態に係るロボットシステム１００は、対象物Ｑに対して印刷を行うロボットシステムであって、インク吐出ヘッド４００と、ロボット２００と、検査装置５００と、硬化装置８００と、制御装置９００と、を備える。インク吐出ヘッド４００は、インク４０（硬化型インク）を吐出する。ロボット２００は、インク吐出ヘッド４００を支持して移動させるロボットアーム２２０を備える。検査装置５００は、吐出されたインク４０を検査する。硬化装置８００は、吐出されたインク４０を硬化させる。制御装置９００は、インク吐出ヘッド４００、ロボット２００、検査装置５００および硬化装置８００の各動作を制御することにより、印刷を行わせる。また、制御装置９００は、検査結果取得部９１４と、判定部９１６と、硬化処理部９１８と、を有する。検査結果取得部９１４は、検査装置５００から出力される検査結果を取得する。判定部９１６は、検査結果が合格か否かを判定する。硬化処理部９１８は、検査結果が合格である場合に、インク４０の硬化を硬化装置８００に行わせる。

このような構成によれば、硬化型インクであるインク４０による印刷結果が不良であっても、塗膜４２を硬化させる前に検査し、必要に応じて修正することができるロボットシステム１００を実現できる。かかるロボットシステム１００を用いることで、印刷不良による対象物Ｑの廃棄を避けることができ、工数やコストの削減を図りつつ、不良の少ない印刷結果が得られる。そして、対象物Ｑに対して精度の高い印刷を効率よく行うことができる。

以上、本発明の印刷方法、印刷ヘッドユニットおよびロボットシステムを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明の印刷方法、印刷ヘッドユニットおよびロボットシステムは、前記実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の印刷方法は、前記実施形態に任意の目的の工程や動作が付加されたものであってもよい。また、本発明の印刷ヘッドユニットおよびロボットシステムは、前記実施形態の各部が同様の機能を有する任意の構成のものに置換されたものであってもよく、前記実施形態に任意の構成物が付加されたものであってもよい。

１０…印刷ヘッドユニット、１１…取付部、４０…インク、４２…塗膜、４４…硬化膜、４６…硬化膜、１００…ロボットシステム、２００…ロボット、２００Ａ…ロボット、２００Ｂ…ロボット、２００Ｃ…ロボット、２１０…基台、２２０…ロボットアーム、２２１…アーム、２２２…アーム、２２３…アーム、２２４…アーム、２２５…アーム、２２６…アーム、２３０…アーム駆動機構、３００…移動ステージ、３１０…基部、３２０…ステージ、３２０Ｘ…Ｘステージ、３２０Ｙ…Ｙステージ、３３０…移動機構、３３０Ｘ…Ｘ移動機構、３３０Ｙ…Ｙ移動機構、３４０…圧電アクチュエーター、４００…インク吐出ヘッド、４１１…インク吐出孔、４２０…プリントコントローラー、５００…検査装置、５１０…撮像部、６００…ロボットコントローラー、６１０…アーム制御部、６２０…移動ステージコントローラー、６３０…記憶部、７００…固定部材、８００…硬化装置、８１０…紫外線照射部、８５０…仮硬化装置、９００…制御装置、９１０…印刷制御部、９１２…印刷データ生成部、９１４…検査結果取得部、９１６…判定部、９１８…硬化処理部、９３０…記憶部、Ｄ１…印刷方向、Ｄ２…直交方向、Ｅ…エンコーダー、Ｊ１…関節、Ｊ２…関節、Ｊ３…関節、Ｊ４…関節、Ｊ５…関節、Ｊ６…関節、Ｍ…モーター、Ｑ…対象物、Ｑ１…印刷面、Ｓ１０２…インク吐出ステップ、Ｓ１０４…検査ステップ、Ｓ１０６…判定ステップ、Ｓ１０８…インク除去ステップ、Ｓ１１０…硬化ステップ、Ｓ１２０…仮硬化ステップ、ＵＶ…紫外線

Claims (9)

1. インク吐出ヘッドと、前記インク吐出ヘッドを支持して移動させるロボットアームを備えるロボットと、を用い、前記ロボットが前記インク吐出ヘッドを走査させながら、前記インク吐出ヘッドが硬化型インクを吐出し、対象物に印刷を行う印刷方法であって、
   前記インク吐出ヘッドが前記対象物に向けて前記硬化型インクを吐出するステップと、
   前記対象物に吐出された前記硬化型インクを検査し、検査結果を出力するステップと、
   前記検査結果が合格か否かを判定するステップと、
   前記検査結果が前記合格である場合に、前記対象物に吐出された前記硬化型インクを硬化させるステップと、
   を含むことを特徴とする印刷方法。
2. 前記硬化型インクは、紫外線の照射により硬化するインクである請求項１に記載の印刷方法。
3. 前記検査結果は、前記対象物に吐出された前記硬化型インクを撮像して得られる２次元の画像を含み、
   前記検査結果が合格か否かを判定するステップは、前記２次元の画像が合格基準を満たすか否かを判定し、満たす場合には前記合格とする処理を含む請求項１または２に記載の印刷方法。
4. 前記検査結果は、前記対象物に吐出された前記硬化型インクから取得される色情報を含み、
   前記検査結果が合格か否かを判定するステップは、前記色情報が合格基準を満たすか否かを判定し、満たす場合には前記合格とする処理を含む請求項１または２に記載の印刷方法。
5. 前記検査結果が前記否の場合に、前記対象物に吐出された前記硬化型インクを除去するステップを含む請求項１または２に記載の印刷方法。
6. 前記検査結果を出力するステップよりも前に、前記対象物に吐出された前記硬化型インクを仮硬化させるステップを含む請求項１または２に記載の印刷方法。
7. ロボットアームに支持され、対象物に対して走査されることにより印刷を行う印刷ヘッドユニットであって、
   前記ロボットアームに取り付けられる取付部と、
   硬化型インクを吐出するインク吐出ヘッドと、
   吐出された前記硬化型インクを検査する検査装置と、
   吐出された前記硬化型インクを硬化させる硬化装置と、
   を備えることを特徴とする印刷ヘッドユニット。
8. 前記インク吐出ヘッド、前記検査装置および前記硬化装置が、この順で並んでいる請求項７に記載の印刷ヘッドユニット。
9. 対象物に対して印刷を行うロボットシステムであって、
   硬化型インクを吐出するインク吐出ヘッドと、
   前記インク吐出ヘッドを支持して移動させるロボットアームを備えるロボットと、
   吐出された前記硬化型インクを検査する検査装置と、
   吐出された前記硬化型インクを硬化させる硬化装置と、
   前記インク吐出ヘッド、前記ロボット、前記検査装置および前記硬化装置の各動作を制御することにより、前記印刷を行わせる制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記検査装置から出力される検査結果を取得する検査結果取得部と、
   前記検査結果が合格か否かを判定する判定部と、
   前記検査結果が合格である場合に、前記硬化型インクの硬化を前記硬化装置に行わせる硬化処理部と、
   を有することを特徴とするロボットシステム。

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