DE102015205631B4 - Method for automated printing of a curved surface of a three-dimensional object - Google Patents

Abstract

Method for the automated printing of a curved surface of a three-dimensional object with a print image, wherein a printing module (4) with a print head (5) and a robot (7) and at least one computer (9) are used, wherein the print image (3) is generated from at least two print strips (b1-b5) and wherein at least steps a1) to e2) are carried out using the computer (9), with the steps: a1) providing surface data of the curved surface (2'), a2) providing image data of the print image (3), a3) selecting at least one print index for the robot path (B1-B5), a4) selecting at least one weighting factor, b1) determining the values of at least two planning parameters, b2) calculating a three-dimensional robot path (B1-B5) using the planning parameters, c1) calculating the selected print index for the robot path (B1-B5), c2) calculating an objective function value from the weighted Printing index,d) At least one repetition of steps b1) to c2),e1) Selecting an objective function value from the set of objective function values calculated by repetition,e2) Selecting the three-dimensional robot path (B1-B5) which is associated with the selected objective function value,f1) Creating a robot control program for the robot path (B1-B5) using the computer (9) and/or a control module (8),f2) Moving the print head (4) and/or the object (2) by the robot (7) using the robot control program,f3) Printing print strips (b1-b5) with the print head (4) during movement.

Description

The present invention relates to a method for automated printing of a curved surface of a three-dimensional object having the features of the preamble of claim 1.

The invention lies in the technical field of treatment, in particular printing, of three-dimensional object surfaces.

• Aus der DE 10 2012 006 371 A1 (Heidelberger Druckmaschinen AG) ist es bereits bekannt, Kfz-Karosserieteile, d.h. Objekte mit Krümmungen, Knicken, Vorsprüngen, Vertiefungen etc. in deren Oberfläche zu bedrucken. Dazu wird ein Tintenstrahl-Druckkopf mittels eines Roboterarms in einem Druckabstand entlang der Oberfläche geführt. Genannte Schritte der Behandlung sind: Vorbereiten der (Druck-) Daten, Vorbereiten des Objekts für das Vermessen, Vermessen des Objekts, Überarbeiten der Daten, Vorbereiten des Objekts für das Bedrucken, Drucken und abschließendes Trocknen. Es hat sich in der Praxis herausgestellt, dass es eine besondere Herausforderung darstellt, Roboterbahnen für den Druckkopf zu generieren, die ein präzises und schnelles Bedrucken ermöglichen und gleichzeitig Schwierigkeiten, wie z.B. drohende Kollisionen, umgehen.

The known state of the art in this technical field includes the following:

• From the EN 10 2012 006 371 A1 (Heidelberger Druckmaschinen AG) it is already known to print on vehicle body parts, i.e. objects with curves, kinks, protrusions, depressions, etc. in their surface. To do this, an inkjet print head is guided along the surface at a printing distance using a robot arm. The steps mentioned in the processing are: preparing the (print) data, preparing the object for measurement, measuring the object, revising the data, preparing the object for printing, printing and finally drying. In practice, it has turned out that it is particularly challenging to generate robot paths for the print head that enable precise and fast printing while avoiding difficulties such as impending collisions.

Here is a concrete example with its difficulties: When printing on a sphere, the choice of the distance between the print head and the surface (printing distance) determines which nozzles on the head can be used: Nozzles on the edge of the head may be too far apart to print precisely and must therefore be switched off (quality issue). Nozzles in the middle of the head, however, must not collide with the surface (safety issue). The print distance therefore also influences the print width of the head. The print width in turn influences the overall duration, since more paths have to be printed with a smaller print width (productivity issue). Various aspects are clearly interrelated. Planning optimal robot paths therefore becomes a difficult task.

The EN 10 2008 046 348 A1 already discloses a method for computer-aided planning of optimal paths of a movable device, with the focus on collision avoidance.

The EN 11 2009 002 602 T5 already reveals the planning of cyclic routes with multiple approach points of robots with automatic sequence control. Predefined attributes of route segments (e.g. total cycle time, smooth running criterion) are assigned weightings and a cumulative score is calculated and an optimal route is identified on this basis.

Also from the US 2007/005179 A1 and from the US6,216,058 B1 Methods for determining optimal movement paths of robot-controlled units are known.

Against this background, it is the object of the present invention to create a method that is improved compared to the prior art and which makes it possible to print 3D surfaces with high quality and high productivity.

An inventive solution to this problem is represented by a method having the features of main claim 1.

A method according to the invention for the automated printing of a curved surface of a three-dimensional object with a print image, wherein a printing module with a print head and a robot and at least one computer are used, wherein the print image is generated from at least two print strips and wherein at least steps a1) to e2) are carried out using the computer, has the steps: a1) providing surface data of the curved surface, a2) providing image data of the print image, a3) selecting at least one print code or at least two print codes for the robot path, a4)

Selecting at least one weighting factor or at least two weighting factors, b1) setting the values of at least two planning parameters, b2) calculating a three-dimensional robot path using the planning parameters, c1) calculating the selected printing index or printing indexes for the robot path, c2) calculating an objective function value from the weighted printing index or the weighted printing indexes, d) repeating steps b1) to c2 at least once, e1) selecting an objective function value from the set of objective function values calculated by repetition, e2) selecting the three-dimensional robot path which is associated with the selected objective function value, f1) creating a robot control program for the robot path using the computer and/or a control module, f2) moving the print head and/or the object by the robot using the robot control program, f3) printing print strips with the print head during movement.

It is an advantage of the invention that the planning of robot paths is automated and that the robot path is checked and evaluated at the same time. It is a further advantage of the invention that alternative, i.e. different robot paths with different evaluations are automatically planned and compared and that the robot path with the highest evaluation is selected. The evaluation can advantageously be carried out on the basis of the expected result of the treatment, e.g. the print result or the quality, and/or the duration of the treatment, e.g. the printing time or the productivity. A further advantage is that this procedure can avoid costly errors when printing on objects and thus rejects (waste). The method according to the invention is particularly advantageous when unknown, individual surfaces are to be printed, i.e. those that must first be measured.

Advantageous and therefore preferred developments of this invention emerge from the associated subclaims as well as from the description and the associated drawings.

• • Druckabstand: Abstand zwischen (ausgewählten) Düsen des Druckkopfs und der zu bedruckenden Oberfläche. Es können z.B. die Düsen in der Mitte des Druckkopfs ausgewählt werden. Der maximal zulässige Abstand ist z.B. durch die begrenzte Flugweite der Tintentropfen und die nachlassende Druckqualität gegeben. Der minimal zulässige Abstand ist z.B. durch Kollisions-Sicherheitsabstände gegeben. Die Druckqualität nimmt mit zunehmendem Abstand ab, daher ist der Abstand bevorzugt in der Nähe des minimalen Abstands.
• • Druckgeschwindigkeit: Geschwindigkeit des Druckkopfes entlang der (Roboter-) Bahn. Hohe Geschwindigkeit führt zu hoher Produktivität, jedoch zu nachlassender Qualität. Hohe Geschwindigkeit erlaubt zudem das Drucken längerer Streifen, im Fall, dass die Streifen in einem separaten Durchgang gehärtet oder getrocknet werden.
• • Maximalbeschleunigung und/oder -ruck: Die Maximalbeschleunigung und der Maximalruck unmittelbar vor und während des Drucks steuern die Dynamik der Roboterbewegung auf der Druckbahn. Eine Erhöhung dieser Parameter erlaubt einerseits kürzere Beschleunigungsstrecken vor der Druckbahn, so dass auch Druckbahnen realisierbar sind, vor denen wenig Platz ist. Auch kann der Druckkopf bei größeren Parametern stärkeren Oberflächenkrümmungen ohne Geschwindigkeitsreduktion folgen. Andererseits führt höhere Dynamik auch zu stärkeren Schwingungsanregungen, so dass die Druckqualität durch störende Schwingungen des Druckkopfes beeinträchtigt werden kann. Schließlich erlaubt eine größere Dynamik auch eine höhere Produktivität.
• • Trocknungszeit: Die Trocknungszeit ist die Zeit zwischen dem Auftreffen der Tinte auf die Oberfläche und deren aktiver Härtung oder Trocknung durch einen Trockner, so dass sie nicht mehr weiter verläuft. Da zu bedruckende 3D-Objekte häufig nicht saugfähige Oberflächen aus Lack, Metall oder Kunststoff besitzen, ist es sinnvoll, diese mit UV- trocknender Tinte mit nachfolgender UV-Trocknung oder mit thermisch trocknender Tinte mit nachfolgender IR-Trocknung zu bedrucken. Nach Auftreffen fängt die Tinte auf nicht saugfähigen Oberflächen an zu verlaufen, was zunächst zum erwünschten Homogenisieren der Tintenschicht, dann aber zum unerwünschten Ausfransen der Tintenschicht führt. Daraus folgt ein Zeitfenster mit einzuhaltender minimaler und maximaler Trocknungszeit. Wenn der Trockner nach dem Druck in einer separaten Bahn über die Oberfläche geführt wird, begrenzt die maximale Trocknungszeit die Länge der ununterbrochen druckbaren Streifenlänge und beeinflusst damit die Druckqualität. Wenn der Trockner mit dem Druckkopf gemeinsam bewegt wird und die Tinte kurz nach dem Drucken trocknet, begrenzt die minimale Trocknungszeit die Druckgeschwindigkeit und damit die Produktivität.
• • Neigungsanpassung 1: (Orientierung) des Druckkopfes um die in Richtung der Düsenreihe weisende Achse: Durch eine Neigungsanpassung des Druckkopfes um diese Achse an die Oberflächenneigung kann der Druckabstand verringert werden, wenn in Hauptbewegungsrichtung bzw. in Richtung der Druckstreifen Neigungsänderungen auftreten. Mit dieser Neigungsanpassung können auch Oberflächen bebildert werden, bei denen ohne diese Neigungsanpassung der maximal zulässige Druckabstand überschritten würde. Durch diese Neigungsanpassung können jedoch Bildverzerrungen resultieren, welche die Parallelität und Orthogonalität der Bildkanten beeinträchtigen und die bei der Ansteuerung des Druckkopfes und/oder der Bahnplanung zu berücksichtigen sind.
• • Neigungsanpassung 2: Anpassung des Druckkopfes um die in Richtung der Druckkopfbewegung weisende Achse. Durch eine Neigungsanpassung des Druckkopfes um diese Achse an die Oberflächenneigung kann der Druckabstand verringert werden, wenn in Querrichtung zur Druckbahn Neigungsänderungen auftreten. Mit dieser Neigungsanpassung können auch Oberflächen bebildert werden, bei denen ohne diese Neigungsanpassung der maximal zulässige Druckabstand überschritten würde. Durch diese Neigungsanpassung können jedoch Bildverzerrungen resultieren, welche die Parallelität und Orthogonalität der Bildkanten beeinträchtigen und die bei der Ansteuerung des Druckkopfes und/oder der Bahnplanung zu berücksichtigen sind. Werden Neigungsanpassung 1 und Neigungsanpassung 2 gemeinsam ausgeführt, sind im Allgemeinen die geringsten Druckabstände realisierbar.
• • Druckbreite: Der seitliche Versatz zweier nahtlos nebeneinandergedruckter Streifen. Die maximal mögliche Druckbreite wird durch die Düsenanordnung des Druckkopfes bestimmt. Möglich sind jedoch auch kleinere Druckbreiten, die nur einen Teil der Druckkopfdüsen in der Mitte oder am Rand verwenden. Mit kleineren Druckbreiten kann bei entlang den Düsenreihen gekrümmter Oberfläche der maximale und der mittlere Druckabstand reduziert werden. Dadurch können auch Oberflächen bebildert werden, bei denen mit voller Druckbreite der maximal zulässige Druckabstand überschritten würde.
• • Anzahl der Druckbahnen: Eine Fläche, welche breiter ist als die Druckbreite, kann mit seitlich aneinandergrenzende Streifen bedruckt werden. Die mindestens erforderliche Anzahl der Druckbahnen ergibt sich aus der Breite (oder Länge bei Querbahnen) eines zu druckenden Bildes und der Druckbreite. Aufgrund des Bildinhalts oder der Oberflächenkrümmung kann es jedoch sinnvoll sein, die Zahl der Druckbahnen zu erhöhen.
• • Kollisionssicherheitsabstand: Da der Druckabstand zur Erzielung der optimalen Druckqualität sehr gering ist, besteht auch die Gefahr von Kollisionen des Druckkopfes oder anderer mit diesem gekoppelter Teile mit der 3D-Oberfläche. Statt, wie bei Bahnplanungen für CNC-Maschinen und Roboter üblich, die Bahnen nach der Planung in dedizierten Simulationsläufen zu prüfen, sieht die Erfindung vor, die Kollisionsvermeidung bereits bei der Bahnplanung zu berücksichtigen. Der Kollisionssicherheitsabstand gibt an, wie groß der Abstand zwischen den zu prüfenden Teilen mindestens sein muss, z.B. zwischen der Außenfläche des Druckkopfes und der 3D-Oberfläche. Falls der Sicherheitsabstand unterschritten würde, wird die Bahn z.B. durch Vergrößern des Druckabstands oder Neigungsänderung des Druckkopfes so angepasst, dass der Kollisionssicherheitsabstand gerade eingehalten wird. In der bevorzugten Ausführungsform wird der Druckabstand dann als Polynomfunktion oder Spline berechnet, um Ruck und Beschleunigung während des Drucks zu reduzieren. Da der Kollisionssicherheitsabstand so auch direkt die Druckqualität beeinflusst, sollte er so gering wie möglich gewählt werden und kann bei präziseren 3D-Daten oder höherer Bahngenauigkeit entsprechend verringert werden.
• • Hauptbewegungsrichtung A: Die Hauptbewegungsrichtung ist die in einer Hilfsfläche zur Bahnplanung vorgegebene Bewegungsrichtung des Druckkopfes. Eine Oberflächenbahn, die den Verlauf einer mit einer Düse des Druckkopfes auf die Oberfläche gedruckten Linie beschreibt, ergibt sich ausgehend von einer in der Hilfsfläche geplanten Bewegungsbahn durch Projektion der Normalen auf die Oberfläche. Die Roboterbahn dieser Düse ist darüber hinaus noch entlang der Normalen um den Druckabstand gegenüber der Oberflächenbahn versetzt. Die Druckrichtung ist die Bewegungsrichtung dieser Düse des Druckkopfes während des Druckens. Beim Bedrucken einer Autotür könnte als Hilfsfläche z.B. eine Ebene gewählt werden, welche im Mittel etwa parallel zur zu bedruckenden Fläche der Tür verläuft. Die Hauptbewegungsrichtung, in der die eine Druckbahn oder die erste mehrerer aneinandergrenzender Druckbahnen verläuft, kann im Allgemeinen auf verschiedene Weise gewählt werden:
  • ◯ Bei der Wahl der Hauptbewegungsrichtung sind geometrische Restriktionen zu berücksichtigen, die durch die Vermeidung von Kollisionen zwischen Druckkopf und zu bebildernder Oberfläche oder zwischen anderen vom Roboter bewegten und feststehenden Objekten entstehen. An konkaven Stellen der Oberfläche können z.B. bestimmte Ausrichtungen des Druckkopfes zur Oberfläche nicht unter Beachtung des maximal zulässigen Druckabstands realisierbar sein. Dann ist es ausgehend von diesen Problemstellen sinnvoll, die Hauptbewegungsrichtung so zu wählen, dass diese Ausrichtungen vermieden werden.
  • ◯ Die Hauptbewegungsrichtung kann auch aufgrund des eingesetzten Roboters Restriktionen unterliegen, welche ihre Wahl einschränken oder gar festlegen. Wird z.B. ein Linearroboter mit nur 3 Freiheitsgraden eingesetzt, der einen Druckkopf zwar positionieren, nicht aber umorientieren kann, so ist es sinnvoll, die Hauptbewegungsrichtung orthogonal zu der Düsenreihe bzw. den Düsenreihen zu wählen, so dass möglichst breite Druckbahnen realisierbar sind.
  • ◯ Auch Restriktionen der Hauptbewegungsrichtung aufgrund der Anordnung der Werkzeuge oder aufgrund von Erfordernissen des Druckkopfes in Verbindung mit der Beschränktheit des Arbeitsraums sind zu berücksichtigen. So kann z.B. bei einem Druckkopf mit mehreren Düsenreihen oder bei einem hinter dem Druckkopf auf dem Werkzeugträger angeordneten Trockner die Druckrichtung bezogen auf den Druckkopf festgelegt sein. Durch Arbeitsraumbeschränkungen kann es dann etwa möglich sein, dass die Hauptbewegungsrichtung senkrecht von oben nach unten verlaufen kann aber nicht von unten nach oben.
  • ◯ Ist das zu druckende Bild durch gerade Kanten begrenzt, wie z.B. bei einem rechteckigen Bild, so ist es vorteilhaft, die Hauptbewegungsrichtung parallel zu einer dieser Kanten auszuführen, um einen Treppeneffekt zumindest an dieser Kante zu vermeiden.
  • ◯ Vorteilhaft ist es, die Hauptbewegungsrichtung so zu wählen, dass das Bild mit möglichst wenigen sichtbaren Berührungslinien zwischen Bahnen gedruckt werden kann oder mit einer möglichst kurzen Gesamtlänge sichtbarer Berührungslinien, da an solchen Berührungslinien die Druckqualität auch aufgrund der begrenzten Genauigkeit von Robotern tendenziell schlechter ist, als innerhalb einer Druckbahn. Unter einer Berührungslinie wird hier der linienförmige Berührungsbereich zweier nebeneinanderliegender Druckbahnen verstanden. Unter einer sichtbaren Berührungslinie wird hier eine Berührungslinie verstanden, an der ein Versatz der benachbarten Bahnen in Hauptbewegungsrichtung oder seitlich dazu zu sichtbaren Bildfehlern führen würde. Eine Berührungslinie ist insbesondere dann sichtbar, wenn die direkt an die Berührungslinie angrenzenden Düsen beider Bahnen Farbe auftragen, wie es etwa bei einem vollflächigen Bild gegeben ist. Eine Berührungslinie ist insbesondere dann nicht sichtbar, wenn zumindest bei einer der Bahnen die in der Nähe der Berührungslinie befindlichen Düsen keine Farbe auftragen, wie es etwa bei einer Berührungslinie zwischen Buchstaben in Druckschrift gegeben sein kann, wenn die Druckbahnen senkrecht zur Laufrichtung der Schrift verlaufen. Vorteilhaft ist es daher, den Bildinhalt bereits bei der Bahnplanung zu berücksichtigen. Im Allgemeinen resultieren die wenigsten Berührungslinien, wenn die Hauptbewegungsrichtung in Richtung der größten Ausdehnung des Druckbildes verläuft. Soll ein größeres Objekt, wie ein Auto bebildert werden, so ist es sinnvoll die klar abgrenzbaren Teile, wie Türen, individuell zu bebildern, z.B. weil dadurch die Flexibilität bei der Parameterwahl größer ist. Die größte Ausdehnung des Druckbilds zur Wahl der Hauptbewegungsrichtung bezieht sich dann nur auf das einzelne Teil. Die größte Ausdehnung des Druckbilds entspricht dann z.B. der größten Ausdehnung der Tür, wenn diese vollständig bebildert werden soll.
  • ◯ Ist die ununterbrochen druckbare Bahnlänge begrenzt, z.B. um die Tinte nach dem Drucken innerhalb der maximal zulässigen Trocknungszeit auf einer separaten Bahn mit einem Trockner zu bestrahlen, so ist es vorteilhaft, auch dies bei der Wahl der Hauptbewegungsrichtung zu berücksichtigen. Abweichend von Punkt e ist es bei anderenfalls zu langen Bahnen dann vorteilhaft, die Hauptbewegungsrichtung in Richtung der kleinsten Ausdehnung des Druckbilds zu wählen.
  • ◯ Vorteilhaft ist es, die Hauptbewegungsrichtung auf Basis der Oberflächentopologie so zu wählen, dass unter Beachtung des minimal zulässigen Druckabstands die mittleren und/oder maximalen Druckabstände aller Düsen beim gesamten Bild möglichst gering sind. Dabei ist auch zu berücksichtigen, dass die Produktivität möglichst nicht oder wenig durch zur Einhaltung des maximalen Druckabstands notwendiges Verkleinern der genutzten Düsenzahl gemindert werden soll. Soll z.B. ein Zylinder mit kleinem Radius bebildert werden, so sind demnach eine wendelförmige Roboterbahn oder mehrere parallele zirkulare Roboterbahnen, bei denen alle Düsen im idealen Druckabstand um den Zylinder geführt werden können gegenüber axialen Roboterbahnen, bei denen die Druckabstände der äußeren Düsen größer sind, vorzuziehen.
  • ◯ Bei besonderen Eigenschaften des Druckbilds oder durch die Oberflächentopologie gegebenen Restriktionen kann es vorteilhaft sein, die Druckbahnen nicht näherungsweise gerade anzuordnen, sondern näherungsweise in Kreisbögen oder anderen Kurven. Statt einer Hauptbewegungsrichtung und einer Druckbahnlänge kann dann ein individuell passender kurviger Verlauf der ersten Druckbahn bestimmt werden. Benachbarte Bahnen können dennoch direkt anschließen. Ein wellenförmiger Schriftzug, dessen Schrifthöhe nicht größer als die Druckbahnbreite ist, könnte z.B. mit einer einzigen wellenförmigen Druckbahn gedruckt werden, während bei näherungsweise geraden Druckbahnen mehrere Bahnen erforderlich sein könnten. Damit wäre die Produktivität und ggf. durch den Verzicht auf sichtbare Berührungslinien auch die Druckqualität höher. Ebenso kann es vorteilhaft sein, mit dem Druckkopf der Kontur von aus der 3D-Oberfläche herausstehenden Teilen zu folgen, um das Druckbild dicht an diese heranreichen zu lassen. Der Verlauf der ersten Druckbahn könnte dann der Kontur entsprechen oder deren Approximation.
  • ◯ Ist die 3D-Oberfläche zu komplex, um sie mit einer oder mehreren nebeneinanderliegenden Druckbahnen zu bebildern, so kann sie häufig in separat bebilderte Bereiche aufgeteilt werden. Für diese Bereiche kann die Bahnplanung dann jeweils wie hier beschrieben erfolgen mit auf die Eigenschaften der Bereiche bezogener Wahl der Hauptbewegungsrichtung oder Verlauf der Druckbahn.

A preferred development of the method according to the invention can be characterized in that in step b1) a selection is made from the following list of planning parameters and corresponding values are determined, wherein the selected planning parameters are different from one another:

• • Print distance: Distance between (selected) nozzles of the print head and the surface to be printed. For example, the nozzles in the middle of the print head can be selected. The maximum permissible distance is given by the limited flight distance of the ink drops and the decreasing print quality. The minimum permissible distance is given by collision safety distances, for example. The print quality decreases with increasing distance, so the distance is preferably close to the minimum distance.
• • Print speed: Speed of the print head along the (robot) path. High speed leads to high productivity, but to a decrease in quality. High speed also allows longer strips to be printed in case the strips are cured or dried in a separate pass.
• • Maximum acceleration and/or jerk: The maximum acceleration and the maximum jerk immediately before and during printing control the dynamics of the robot movement on the print path. On the one hand, increasing these parameters allows shorter acceleration distances in front of the print path, so that print paths can also be created that have little space in front of them. With larger parameters, the print head can also follow stronger surface curvatures without reducing speed. On the other hand, higher dynamics also lead to stronger vibration excitations, so that the print quality can be impaired by disruptive vibrations of the print head. Finally, greater dynamics also allows for higher productivity.
• • Drying time: The drying time is the time between the ink hitting the surface and its active hardening or drying by a dryer so that it no longer runs. Since 3D objects to be printed often have non-absorbent surfaces made of paint, metal or plastic, it makes sense to print them with UV-drying ink followed by UV drying or with thermally drying ink followed by IR drying. After hitting the surface, the ink begins to run, which initially leads to the desired homogenization of the ink layer, but then to the undesirable fraying of the ink layer. This results in a time window with a minimum and maximum drying time that must be observed. If the dryer is moved over the surface in a separate path after printing, the maximum drying time limits the length of the continuously printable strip and thus influences the print quality. If the dryer is moved together with the print head and the ink dries shortly after printing, the minimum drying time limits the printing speed and thus productivity.
• • Tilt adjustment 1: (orientation) of the print head around the axis pointing in the direction of the nozzle row: By adjusting the tilt of the print head around this axis to the surface tilt, the printing distance can be reduced if tilt changes occur in the main direction of movement or in the direction of the print stripes. This tilt adjustment can also be used to image surfaces where the maximum permissible printing distance would be exceeded without this tilt adjustment. However, this tilt adjustment can result in image distortions that affect the parallelism and orthogonality of the image edges and that must be taken into account when controlling the print head and/or path planning.
• • Tilt adjustment 2: Adjustment of the print head by the direction of the print head movement ing axis. By adjusting the inclination of the print head around this axis to the surface inclination, the printing distance can be reduced if inclination changes occur transversely to the printing path. This inclination adjustment can also be used to image surfaces where the maximum permissible printing distance would be exceeded without this inclination adjustment. However, this inclination adjustment can result in image distortions that affect the parallelism and orthogonality of the image edges and that must be taken into account when controlling the print head and/or path planning. If inclination adjustment 1 and inclination adjustment 2 are carried out together, the smallest printing distances can generally be achieved.
• • Print width: The lateral offset of two strips printed seamlessly next to each other. The maximum possible print width is determined by the nozzle arrangement of the print head. However, smaller print widths are also possible, which only use some of the print head nozzles in the middle or at the edge. With smaller print widths, the maximum and average print distance can be reduced for surfaces curved along the rows of nozzles. This also makes it possible to image surfaces where the maximum permissible print distance would be exceeded with the full print width.
• • Number of print strips: An area that is wider than the print width can be printed with strips that are adjacent to one another. The minimum number of print strips required is determined by the width (or length for cross strips) of an image to be printed and the print width. However, due to the image content or the surface curvature, it may be advisable to increase the number of print strips.
• • Collision safety distance: Since the printing distance is very small to achieve optimal print quality, there is also a risk of collisions between the print head or other parts coupled to it and the 3D surface. Instead of checking the paths in dedicated simulation runs after planning, as is usual with path planning for CNC machines and robots, the invention provides for collision avoidance to be taken into account during path planning. The collision safety distance indicates how large the minimum distance between the parts to be checked must be, e.g. between the outer surface of the print head and the 3D surface. If the safety distance is exceeded, the path is adjusted, e.g. by increasing the printing distance or changing the inclination of the print head, so that the collision safety distance is just maintained. In the preferred embodiment, the printing distance is then calculated as a polynomial function or spline in order to reduce jerk and acceleration during printing. Since the collision safety distance also directly influences the print quality, it should be set as low as possible and can be reduced accordingly for more precise 3D data or higher path accuracy.
• • Main movement direction A: The main movement direction is the movement direction of the print head specified in an auxiliary area for path planning. A surface path that describes the course of a line printed on the surface with a nozzle of the print head is obtained from a movement path planned in the auxiliary area by projecting the normal onto the surface. The robot path of this nozzle is also offset along the normal by the printing distance from the surface path. The printing direction is the movement direction of this nozzle of the print head during printing. When printing on a car door, for example, a plane could be selected as the auxiliary area that runs approximately parallel to the surface of the door to be printed. The main movement direction in which one print path or the first of several adjacent print paths runs can generally be selected in various ways:
  • ◯ When choosing the main direction of movement, geometric restrictions must be taken into account that arise from avoiding collisions between the print head and the surface to be imaged or between other objects that are moved by the robot and those that are stationary. At concave points on the surface, for example, certain alignments of the print head to the surface may not be possible while observing the maximum permissible printing distance. Based on these problem areas, it is then sensible to choose the main direction of movement in such a way that these alignments are avoided.
  • ◯ The main direction of movement can also be subject to restrictions due to the robot used, which limit or even determine your choice. For example, if a linear robot with only 3 degrees of freedom is used, which can position a print head but not reorient it, it is sensible to choose the main direction of movement orthogonal to the nozzle row or rows. so that the widest possible printing webs can be realized.
  • ◯ Restrictions on the main direction of movement due to the arrangement of the tools or due to the requirements of the print head in connection with the limited working space must also be taken into account. For example, with a print head with several rows of nozzles or with a dryer arranged behind the print head on the tool carrier, the printing direction can be fixed in relation to the print head. Due to working space restrictions, it may then be possible for the main direction of movement to run vertically from top to bottom but not from bottom to top.
  • ◯ If the image to be printed is limited by straight edges, such as a rectangular image, it is advantageous to execute the main movement direction parallel to one of these edges in order to avoid a stair-step effect at least on this edge.
  • ◯ It is advantageous to choose the main direction of movement so that the image can be printed with as few visible contact lines between webs as possible, or with as short a total length of visible contact lines as possible, since the print quality at such contact lines tends to be poorer than within a printing web, also due to the limited accuracy of robots. A contact line is understood here to be the linear contact area between two adjacent printing webs. A visible contact line is understood here to be a contact line where an offset of the adjacent webs in the main direction of movement or to the side of it would lead to visible image errors. A contact line is particularly visible when the nozzles of both webs directly adjacent to the contact line apply ink, as is the case with a full-surface image. A contact line is particularly not visible if, on at least one of the paths, the nozzles located near the contact line are not applying any ink. This can happen, for example, with a contact line between letters in print if the printing paths run perpendicular to the direction of travel of the text. It is therefore advantageous to take the image content into account when planning the path. In general, the fewest contact lines result when the main direction of movement runs in the direction of the greatest extent of the print image. If a larger object such as a car is to be illustrated, it makes sense to individually image the clearly definable parts such as doors, e.g. because this gives you greater flexibility in choosing the parameters. The largest extent of the print image for choosing the main direction of movement then only refers to the individual part. The largest extent of the print image then corresponds, for example, to the largest extent of the door if this is to be completely illustrated.
  • ◯ If the length of the continuously printable web is limited, e.g. to allow the ink to be irradiated with a dryer on a separate web after printing within the maximum permissible drying time, it is advantageous to take this into account when choosing the main direction of movement. Deviating from point e, if the webs are otherwise too long, it is advantageous to choose the main direction of movement in the direction of the smallest dimension of the printed image.
  • ◯ It is advantageous to choose the main direction of movement based on the surface topology so that the average and/or maximum printing distances of all nozzles for the entire image are as small as possible, taking into account the minimum permissible printing distance. It should also be taken into account that productivity should be reduced as little as possible or not at all by reducing the number of nozzles used in order to comply with the maximum printing distance. If, for example, a cylinder with a small radius is to be imaged, a spiral robot path or several parallel circular robot paths, in which all nozzles can be guided around the cylinder at the ideal printing distance, are preferable to axial robot paths in which the printing distances of the outer nozzles are larger.
  • ◯ In the case of special properties of the print image or restrictions imposed by the surface topology, it can be advantageous not to arrange the print paths approximately straight, but approximately in circular arcs or other curves. Instead of a main direction of movement and a print path length, an individually suitable curved course of the first print path can then be determined. Neighbouring paths can still be connected directly. A wavy lettering whose font height is not greater than the print path width could, for example, be printed with a single wavy print path, while several paths might be required for approximately straight print paths. This would increase productivity and, if necessary, the print quality by eliminating visible contact lines. It can also be advantageous to use the print head to follow the contour of protruding parts of the 3D surface. parts in order to allow the print image to come close to them. The course of the first print path could then correspond to the contour or be an approximation of it.
  • ◯ If the 3D surface is too complex to be imaged with one or more adjacent print paths, it can often be divided into separately imaged areas. Path planning for these areas can then be carried out as described here, with the main direction of movement or path of the print path selected based on the properties of the areas.

• • Mittelwert des Druckabstandes: Dieser Wert entspricht etwa der mittleren Flugstrecke aller Tintentropfen, aus denen sich das Druckbild zusammensetzt. Die Mittelwertbildung kann im einfachsten Fall über alle Düsen des Druckkopfes und über äquidistante Positionen entlang allen Druckbahnen erfolgen. Für geringe Oberflächenkrümmungen kann der Druckabstand der Düsen dabei aus dem Druckabstand einer oder weniger Düsen approximiert werden. Präziser aber druckbildabhängig ist auch eine Mittelwertbildung nur über die tatsächlich druckenden Düsen möglich. Kleinere Werte des mittleren Druckabstands lassen eine bessere Druckqualität erwarten.
• • Maximum des Druckabstandes: Dieser Wert kann aus den gleichen Druckabständen wie der Mittelwert des Druckabstands ermittelt werden. Kleinere Werte des maximalen Druckabstands lassen eine bessere Mindestdruckqualität erwarten.
• • Gesamtlänge der Berührungslinien oder sichtbaren Berührungslinien von Druckstreifen: Die Länge der Berührungslinien ergibt sich direkt aus der Bahnplanung, da bei dieser die Aufteilung größerer Bilder in einzelne Druckbahnen erfolgt. Sie gilt für unterschiedliche Bilder mit den gleichen Abmessungen. Die Ermittlung der Länge und Anzahl der sichtbaren Berührungslinien erfordert dagegen zusätzlich eine Analyse der zu druckenden Bilddaten, so dass sie speziell nur für diese Daten gilt. Die Verwendung der sichtbaren Berührungslinien zur Berechnung der Kenngröße ist vor allem für geplante Bahnen sinnvoll, bei denen bereits die Bahnplanung und/oder Aufteilung der Druckdaten in mehrere Bahnen unter Berücksichtigung des Bilddateninhalts und der Zielsetzung der Trennung an nicht sichtbaren Berührungslinien erfolgte. Durch den Bezug auf die Bildgröße, d.h. die Angabe der Kennzahl im Verhältnis zur Fläche des Druckbilds, haben die Kennzahlen eine von der Bildgröße unabhängige Aussage und können allgemeiner in die Zielfunktion eingehen. Da aufgrund der begrenzten Bahnanschlussgenauigkeit an den sichtbaren Berührungslinien die Druckqualität meist geringer ist als innerhalb der Druckbahnen, lässt eine geringere Gesamtlänge der sichtbaren Berührungslinien eine bessere Druckqualität erwarten und eine geringere Gesamtlänge der Berührungslinien eine tendenziell bessere Druckqualität.
• • Druckgeschwindigkeit: Eine konstante Geschwindigkeit während des Drucks kann dem Roboter im erzeugten Programm vorgegeben werden und der Roboter hält diese ein, soweit dies bei den vorgegebenen Ruck-, Beschleunigungs- und Achsgeschwindigkeitsrestriktionen möglich ist. Vereinfachend kann von einer konstanten Druckgeschwindigkeit auf den einzelnen Bahnen ausgegangen werden. Sind die vorgegebenen Druckgeschwindigkeiten bei mehreren Druckbahnen unterschiedlich, so kann mit dem bahnlängengewichteten Mittelwert der Druckgeschwindigkeit eine geeignete Kenngröße ermittelt werden. Vorteilhaft ist es, in die Berechnung der Druckgeschwindigkeitskenngröße nur Bahnen an Berührungslinien oder besser noch sichtbaren Berührungslinien einzubeziehen, weil hier die Genauigkeitsanforderungen am höchsten sind. Kleinere Werte der Druckgeschwindigkeit lassen an den sichtbaren Berührungslinien eine bessere Druckqualität aufgrund höherer Bahngenauigkeit erwarten.
• • Gesamtdauer des Bedruckens, ggf. einschließlich Vorbehandlung und aktiver Trocknung der Farbe: Da in die Gesamtdauer häufig auch von der Leistungsfähigkeit der Robotersteuerung abhängige Wartezeiten und andere nicht genau vorhersehbare Einflüsse eingehen, kann in der Regel nur ein Näherungswert für die Gesamtdauer berechnet werden, der sich dennoch gut für einen Vergleich verschiedener Bahnplanungen eignet. Kleinere Werte der Gesamtdauer lassen eine höhere Produktivität erwarten.
• • oder: Anzahl der ununterbrochenen Druckstreifen, Anzahl der Berührungslinien von Druckstreifen, auf den Druckstreifen auftretende Beschleunigung und/oder Ruck, vor den Druckstreifen auftretende Beschleunigung und/oder Ruck, aus einer Neigungsanpassung resultierende Parallelitäts- und Orthogonalitätsfehler an den Außenkanten des Druckbilds, Anteil der Bildkanten, an denen Treppeneffekte durch Abweichung der Druckrichtung oder deren Orthogonale von der Kantenrichtung auftreten, Kollision und/oder Erreichbarkeit.

A preferred development of the method according to the invention can be characterized in that in step a3) a selection is made from the following list of pressure characteristics, wherein the selected pressure characteristics are different from one another:

• • Average value of the printing distance: This value corresponds approximately to the average flight distance of all the ink drops that make up the print image. In the simplest case, the average can be calculated using all nozzles of the print head and equidistant positions along all printing paths. For small surface curvatures, the printing distance of the nozzles can be approximated from the printing distance of one or more nozzles. More precise, but depending on the print image, it is also possible to calculate the average using only the nozzles that are actually printing. Smaller values of the average printing distance lead us to expect better print quality.
• • Maximum print distance: This value can be determined from the same print distances as the average print distance. Smaller values of the maximum print distance indicate better minimum print quality.
• • Total length of the contact lines or visible contact lines of print strips: The length of the contact lines is determined directly from the path planning, as this involves dividing larger images into individual print paths. It applies to different images with the same dimensions. Determining the length and number of visible contact lines, however, also requires an analysis of the image data to be printed, so it only applies specifically to this data. Using the visible contact lines to calculate the parameter is particularly useful for planned paths for which the path planning and/or division of the print data into several paths has already taken place, taking into account the image data content and the objective of separating at invisible contact lines. By referring to the image size, i.e. specifying the key figure in relation to the area of the print image, the key figures have a meaning that is independent of the image size and can be included in the objective function in a more general way. Since the print quality is usually lower at the visible contact lines than within the print paths due to the limited web connection accuracy, a shorter total length of the visible contact lines leads to better print quality and a shorter total length of the contact lines tends to lead to better print quality.
• • Printing speed: A constant speed during printing can be specified for the robot in the generated program and the robot will maintain this speed as long as this is possible given the specified jerk, acceleration and axis speed restrictions. To simplify matters, a constant printing speed can be assumed on the individual tracks. If the specified printing speeds are different for several printing tracks, a suitable parameter can be determined using the track length-weighted average of the printing speed. It is advantageous to only include tracks on contact lines or, better still, visible contact lines in the calculation of the printing speed parameter, because the accuracy requirements are highest here. Smaller values of the printing speed mean that better printing quality can be expected on the visible contact lines due to higher track accuracy.
• • Total printing time, including pre-treatment and active drying of the ink if necessary: Since the total time often includes waiting times that depend on the performance of the robot control and other influences that cannot be precisely predicted, only an approximate value for the total time can usually be calculated, which is nevertheless suitable for comparing different path plans. Smaller values for the total time mean that higher productivity can be expected.
• • or: Number of uninterrupted print strips, number of contact lines of print strips, acceleration and/or jerk occurring on the print strips, acceleration and/or jerk occurring in front of the print strips, parallelism and orthogonality errors at the outer edges of the print image resulting from an inclination adjustment, proportion of image edges where stair-step effects occur due to deviation of the printing direction or its Orthogonal from the edge direction occur, collision and/or reachability.

The invention as such and advantageous developments of the invention are described in more detail below with reference to the accompanying drawings using a preferred embodiment.

• 1 eine schematische Perspektivansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
• 2 einen Ablaufplan eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

The drawings show:

• 1 a schematic perspective view of a preferred embodiment of a device for carrying out the method according to the invention; and
• 2 a flow chart of a preferred embodiment of the method according to the invention.

1 shows a preferred device for carrying out the method according to the invention according to 2 The device is used to print a three-dimensional object 2 or an area 3 on its arbitrarily curved surface. Printing can be done in multiple colors. The device forms a printing module 4 comprising at least one print head 5 per printing color for ejecting ink drops 6 from nozzles. The printing module also comprises a robot 7. The robot is preferably an articulated arm robot. However, it can also be a linear arm robot or a combination of both. A parallel kinematic robot can also be used. The robot has at least 3, preferably 6 degrees of freedom. The print head is guided by the robot on several consecutive paths B1 to e.g. B5 along the surface in a main direction of movement A. A printing distance from the surface is maintained. The movement of the robot and the control of the print head or its nozzles is carried out by means of a control module 8, which is connected to a computer 9. The computer has the necessary data and programs for calculating the robot paths.

Instead of moving the tool 5, the object 2 can also be moved and the tool can remain stationary, or both the tool and the object can move. A relative movement between the two is necessary for treatment.

Instead of the print head 5, any other tool 5 can be used, e.g. a dryer. The method is therefore generally used for treating the object or its curved surface, e.g. pre-treatment (cleaning, priming, etc.), (main) treatment (printing, varnishing, etc.), intermediate treatment (e.g. pinning, etc.) and/or post-treatment (sealing, drying, etc.). The invention is explained below without restricting its generality for printing.

The individual steps of the procedure described below can be carried out automatically, so that at the highest level of autonomy, robot paths are planned and selected without an operator having to intervene. This is always an advantage when inexperienced operators are used. At lower levels of autonomy, however, it can be provided that a (preferably experienced) operator has to make a selection, e.g. in steps 20 and/or 40. The further calculations are then carried out automatically again.

• • (Beginn des) Verfahren 1: Ein Verfahren zum Bedrucken eines dreidimensionalen Objekts 2 bzw. eines Bereichs 3 auf dessen beliebig gekrümmter Oberfläche.
• • Verfahrensschritt 10: Bereitstellen von 3D-Oberflächendaten und Bilddaten. Die digitalen Oberflächendaten des Objekts 2 können in einer Datenbank des Rechners 9 bereitgehalten werden oder 3D-messtechnisch am Objekt ermittelt werden. Die Oberflächendaten können z.B. als STL-, NURBS- oder CAD-Daten vorliegen. Die digitalen Bilddaten können ebenfalls in einer Datenbank des Rechners 9 bereitgehalten werden. An dieser Stelle des Verfahrens wird zumindest die Position des Rands des Bildbereichs als digitale Bilddaten benötigt. Die weiteren Bilddaten für das Bedrucken, also der Bildinhalt, können auch später, spätestens in Schritt 120, bereitgestellt werden.
• • Verfahrensschritt 20: Festlegen von Abbildungsparametern. Abbildungsparameter können sein: Soll-Position und -Orientierung des Bildes auf der Oberfläche und/oder Soll-Verzerrungen des Bildes. Das Festlegen der Parameter kann durch den Bediener erfolgen. Hierzu kann dem Bediener auf einem Bildschirm das zu druckende Bild, bzw. dessen Rand, auf dem Objekt interaktiv angezeigt werden. Das Festlegen kann aber auch automatisch erfolgen. Hierzu können im Rechner 9 Vorgaben, z.B. objektabhängige Standardpositionen, -orientierungen und/oder -verzerrungen, bereitgehalten werden.
• • Optionaler Verfahrensschritt 30: Festlegen von Zielfunktionsparametern.
• • Verfahrensschritt 40: Heuristisches Bestimmen eines Planungsparametersatzes P₁ bis P_m (mit m als natürliche Zahl). Durch Planungsparameter können die zu planenden Roboterbahnen (und die mit diesen erreichbare Qualität und Produktivität) beeinflusst werden.

2 shows a flow chart of a preferred embodiment of the method 1 according to the invention for printing a curved surface of an object with the following method steps.

• • (Start of) Method 1: A method for printing a three-dimensional object 2 or an area 3 on its arbitrarily curved surface.
• • Process step 10: Providing 3D surface data and image data. The digital surface data of the object 2 can be kept in a database of the computer 9 or determined on the object using 3D measurement technology. The surface data can be available as STL, NURBS or CAD data, for example. The digital image data can also be kept in a database of the computer 9. At this point in the process, at least the position of the edge of the image area is required as digital image data. The other image data for printing, i.e. the image content, can also be provided later, at the latest in step 120.
• • Process step 20: Setting the imaging parameters. Imaging parameters can be: target position and orientation of the image on the surface and/or target distortions of the image. The parameters can be set by the operator. The image to be printed, or its edge, on the object can be shown to the operator interactively on a screen. However, the setting can also be done automatically. For this purpose, 9 specifications, e.g. object-dependent standard positions, orientations and/or distortions, can be kept ready in the computer.
• • Optional step 30: Specifying objective function parameters.
• • Process step 40: Heuristic determination of a planning parameter set P ₁ to P _m (with m as a natural number). Planning parameters can influence the robot paths to be planned (and the quality and productivity that can be achieved with them).

• • Druckabstand;
• • Druckgeschwindigkeit;
• • Maximalbeschleunigung und/oder -ruck;
• • Trocknungszeit;
• • Neigungsanpassung 1;
• • Neigungsanpassung 2;
• • Druckbreite;
• • Anzahl der Druckbahnen;
• • Kollisionssicherheitsabstand;
• • Hauptbewegungsrichtung A;
  • • Verfahrensschritt 50: Planen einer Roboterbahn auf Basis des bestimmten Planungsparametersatzes. Die konkrete Berechnung einer Roboterbahn erfolgt bevorzugt mittels des in der DE 10 2013 014 444 bzw. deren Nachanmeldungen beschriebenen Verfahrens. Die konkrete Neigungsanpassung des Druckkopfes auf einer Roboterbahn erfolgt bevorzugt mittels des in der DE 10 2013 019 359 bzw. deren Nachanmeldungen beschriebenen Verfahrens.
  • • Verfahrensschritt 60: Prüfen, ob die geplante Roboterbahn Zulässigkeitskriterien erfüllt. Dabei kann z.B. geprüft werden, ob die Verwendung der geplanten Roboterbahn zu einer Kollision des Druckkopfes mit der Oberfläche führen würde oder ob ein zu großer Maximalabstand eintreten würde. Falls die geplante roboterbahn unzulässig ist, wird sie verworfen und erneut bei Schritt 40 eingestiegen. Andernfalls wird die geplante Roboterbahn im folgenden Schritt 70 verwendet.
  • • Verfahrensschritt 70: Berechnen von einer oder mehreren Kennzahlen K_i (mit i als natürliche Zahl zwischen 1 und n). Das Berechnen erfolgt für die zuvor in Schritt 50 geplante Roboterbahn. Die Kennzahlen dienen in den Schritten 80 und 100 z.B. der Ermittlung der zu erwartenden Druckqualität oder -produktivität. Die Kennzahlen erlauben eine (Einzel-) Bewertung für eine geplante Roboterbahn. d.h. eine Bewertung eines einzelnen Aspekts der Roboterbahn (Vergleiche: im späteren Schritt 80 wird eine darüber hinausgehende Gesamtbewertung durchgeführt).

The following planning parameters are preferred:

• • Print distance;
• • Print speed;
• • Maximum acceleration and/or jerk;
• • Drying time;
• • Tilt adjustment 1;
• • Tilt adjustment 2;
• • Print width;
• • Number of printing lanes;
• • Collision safety distance;
• • Main direction of movement A;
  • • Process step 50: Planning a robot path based on the specific planning parameter set. The concrete calculation of a robot path is preferably carried out using the EN 10 2013 014 444 or their subsequent applications. The specific inclination adjustment of the print head on a robot path is preferably carried out by means of the method described in the EN 10 2013 019 359 or their subsequent applications.
  • • Process step 60: Check whether the planned robot path meets the admissibility criteria. This can be used to check, for example, whether using the planned robot path would lead to a collision between the print head and the surface or whether the maximum distance would be too large. If the planned robot path is not permissible, it is discarded and the process returns to step 40. Otherwise, the planned robot path is used in the following step 70.
  • • Process step 70: Calculating one or more key figures K _i (with i as a natural number between 1 and n). The calculation is carried out for the robot path previously planned in step 50. The key figures are used in steps 80 and 100, for example, to determine the expected print quality or productivity. The key figures allow an (individual) evaluation for a planned robot path, ie an evaluation of an individual aspect of the robot path (compare: in the later step 80, an overall evaluation is carried out that goes beyond this).

• • Mittelwert des Druckabstandes;
• • Maximum des Druckabstandes;
• • Gesamtlänge der Berührungslinien oder sichtbaren Berührungslinien von Druckstreifen (bezogen auf die Bildgröße);
• • Gesamtdauer des Bedruckens.

The following key figures are preferred:

• • Average value of the pressure difference;
• • Maximum printing distance;
• • Total length of the contact lines or visible contact lines of print stripes (relative to the image size);
• • Total printing time.

• • Anzahl der ununterbrochenen Druckbahnen;
• • Anzahl der (sichtbaren) Berührungslinien von Druckstreifen (bezogen auf die Bildgröße);
• • auf den Druckstreifen auftretende Beschleunigungen und/oder Ruck;
• • (unmittelbar) vor den Druckstreifen auftretende Beschleunigungen und/oder Ruck;
• • aus der Neigungsanpassung resultierende Parallelitäts- und Orthogonalitätsfehler an den Außenkanten des Druckbilds;
• • Anteil der Bildkanten, an denen Treppeneffekte durch Abweichung der Druckrichtung oder deren Orthogonale von der Kantenrichtung auftreten;
• • Kollision und/oder Erreichbarkeit, beides bezogen auf den Druckkopf und eine bestimmte Stelle der Oberfläche, auf Basis der geplanten Roboterbahnen.
• • Verfahrensschritt 80: Berechnen eines Zielfunktionswertes f_Ziel=a₁K₁+...+a_nK_n. Der Zielfunktionswert stellt eine (Gesamt-) Kennzahl dar, welche eine (Gesamt-) Bewertung der geplanten Roboterbahn erlaubt, z.B. hinsichtlich Qualität und/oder Produktivität. Dabei bilden die a_i (mit i als natürliche Zahl zwischen 1 und n) Gewichtungsfaktoren. Es ist bei der Wahl der Vorzeichen zu beachten, dass eine Verbesserung einer beliebigen Kennzahl Ki eine Verbesserung des Zielfunktionswertes eintritt. Die Gewichtungsfaktoren a_i erlauben eine Priorisierung der einzelnen Kennzahlen K_i in der Gesamtbewertung. Wenn z.B. die Gesamtdauer des Bedruckens nicht relevant ist (z.B. weil es sich um ein Einzelstück handelt), beim Bedrucken jedoch höchste Qualität gefordert ist, dann können die zugehörigen Gewichtungsfaktoren entsprechend niedrig bzw. hoch gewählt werden.
• • Verfahrensschritt 90: Prüfen, ob weitere Roboterbahnen geplant werden sollen. Um im späteren Schritt 100 eine Auswahl treffen zu können, werden wenigstens zwei Roboterbahnen geplant, d.h. es wird wenigstens einmal erneut bei Schritt 40 eingestiegen. Es können jedoch auch mehr als nur zwei Roboterbahnen geplant werden, z.B. für verschiedene Winkel der Hauptbewegungsrichtung A (0°, 90°, 180°, 270°; oder 0°, 45°, 90°, 135°). Sind genügend Roboterbahnen geplant, so wird zum Schritt 100 übergegangen.
• • Verfahrensschritt 100: Auswählen derjenigen Roboterbahn mit dem besten Zielfunktionswert, z.B. des höchsten oder des niedrigsten.
• • Verfahrensschritt 110: Erzeugen eines Roboterprogramms auf Basis der ausgewählten Roboterbahn. Das Roboterprogramm dient der Steuerung des Roboters zum bewegen des Werkzeugs, bevorzugt des Druckkopfs 5 entlang der ausgewählten Bahn. Optional kann es vorgesehen sein, dass die digitalen Bilddaten des Bildinhalts erst jetzt bereitgestellt werden und bearbeitet werden. Es kann bei der Bearbeitung z.B. notwendig sein, den Bildinhalt in (mit den Druckstreifen korrespondierenden) Streifen zu zerlegen. Je nach Druckrichtung, z.B. im Wesentlichen horizontal oder vertikal, können die Streifen unterschiedlich gewählt werden.
• • Verfahrensschritt 120: Ausführen des erzeugten Roboterprogramms und Behandeln der Oberfläche, insbesondere Bedrucken der Oberfläche und/oder Härten bzw. Trocknen der Tinte auf der Oberfläche.
• • Verfahrensschritt 130: Beenden des Verfahrens.

The following additional key figures can be used:

• • Number of continuous printing paths;
• • Number of (visible) contact lines of print stripes (relative to image size);
• • accelerations and/or jolts occurring on the pressure strips;
• • accelerations and/or jerks occurring (immediately) before the pressure strips;
• • Parallelism and orthogonality errors at the outer edges of the printed image resulting from the inclination adjustment;
• • Percentage of image edges where stair-step effects occur due to deviation of the printing direction or its orthogonality from the edge direction;
• • Collision and/or reachability, both related to the print head and a specific location on the surface, based on the planned robot trajectories.
• • Process step 80: Calculate a target function value f _target =a ₁ K ₁ +...+a _n K _n . The target function value represents an (overall) key figure which allows an (overall) evaluation of the planned robot path, e.g. with regard to quality and/or productivity. The a _i (with i as a natural number between 1 and n) form weighting factors. When choosing the signs, it must be noted that an improvement in any key figure Ki results in an improvement in the target function value. The weighting factors a _i allow the individual key figures K _i to be prioritized in the overall evaluation. If, for example, the total printing time is not relevant (e.g. because it is a single piece), but the highest quality is required when printing, the associated weighting factors can be selected accordingly low or high.
• • Process step 90: Check whether further robot paths should be planned. In order to be able to make a selection in the later step 100, at least two robot paths are planned, ie the process is repeated at least once at step 40. However, more than just two robot paths can be planned, e.g. for different angles of the main movement direction A (0°, 90°, 180°, 270°; or 0°, 45°, 90°, 135°). If enough robot paths are planned, the program goes to step 100.
• • Process step 100: Select the robot path with the best objective function value, e.g. the highest or the lowest.
• • Process step 110: Generate a robot program based on the selected robot path. The robot program is used to control the robot to move the tool, preferably the print head 5, along the selected path. Optionally, it can be provided that the digital image data of the image content are only now provided and processed. During processing, it may be necessary, for example, to break down the image content into strips (corresponding to the print strips). Depending on the printing direction, eg essentially horizontal or vertical, the strips can be selected differently.
• • Process step 120: Executing the generated robot program and treating the surface, in particular printing the surface and/or hardening or drying the ink on the surface.
• • Process step 130: Terminate the process.

List of reference symbols

1

Proceedings

2

object

2'

surface

3

Area with print image

4

Printing module

5

Printhead

6

Ink drops

7

robot

8th

Control module

9

calculator

10 to 130

Process steps

A

Main direction of movement

B1 to B5

Robot paths of individual print strips

b1 to b5

Print strip

Claims (3)

Method for the automated printing of a curved surface of a three-dimensional object with a print image, wherein a printing module (4) with a print head (5) and a robot (7) and at least one computer (9) are used, wherein the print image (3) is generated from at least two print strips (b1-b5) and wherein at least steps a1) to e2) are carried out using the computer (9), with the steps: a1) providing surface data of the curved surface (2'), a2) providing image data of the print image (3), a3) selecting at least one print index for the robot path (B1-B5), a4) selecting at least one weighting factor, b1) determining the values of at least two planning parameters, b2) calculating a three-dimensional robot path (B1-B5) using the planning parameters, c1) calculating the selected print index for the robot path (B1-B5), c2) calculating an objective function value from the weighted print index, d) At least one repetition of steps b1) to c2), e1) Selecting a target function value from the set of target function values calculated by repetition, e2) Selecting the three-dimensional robot path (B1-B5) which is associated with the selected target function value, f1) Creating a robot control program for the robot path (B1-B5) using the computer (9) and/or a control module (8), f2) Moving the print head (4) and/or the object (2) by the robot (7) using the robot control program, f3) Printing print strips (b1-b5) with the print head (4) during the movement. Procedure according to Claim 1 , characterized in that in step b1) a selection is made from the following list of planning parameters, wherein the selected planning parameters are different from one another: - printing distance, - printing speed, - maximum acceleration, - maximum jerk, - drying time, - inclination adjustment, - printing width, - number of printing stripes, - collision safety distance, - main direction of movement. Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that in step c1) a selection is made from the following list of printing parameters, wherein the selected printing parameters are different from one another: - mean value of the printing distance, - maximum value of the printing distance, - total length of the contact lines or visible contact lines of printing strips, - printing speed, - total duration of printing, - number of uninterrupted printing strips, - number of contact lines of printing strips, - acceleration and/or jerk occurring on the printing strips, - acceleration and/or jerk occurring in front of the printing strips, - parallelism and orthogonality errors at the outer edges of the printed image resulting from an inclination adjustment, - proportion of image edges at which stair-step effects occur due to a deviation of the printing direction or its orthogonality from the edge direction, - collision and/or accessibility.

Images