EP0333609A1 - Procédés et dispositifs automatiques pour inscrire des graphismes à haute résolution sur un subjectile par projection de gouttelettes de liquides colorés - Google Patents

Procédés et dispositifs automatiques pour inscrire des graphismes à haute résolution sur un subjectile par projection de gouttelettes de liquides colorés Download PDF

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EP0333609A1
EP0333609A1 EP89430004A EP89430004A EP0333609A1 EP 0333609 A1 EP0333609 A1 EP 0333609A1 EP 89430004 A EP89430004 A EP 89430004A EP 89430004 A EP89430004 A EP 89430004A EP 0333609 A1 EP0333609 A1 EP 0333609A1
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EP
European Patent Office
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substrate
axis
along
tool holder
nozzle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP89430004A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gilles H. Lapierre
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Individual
Original Assignee
Individual
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/21—Ink jet for multi-colour printing
    • B41J2/2103—Features not dealing with the colouring process per se, e.g. construction of printers or heads, driving circuit adaptations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J11/00—Devices or arrangements  of selective printing mechanisms, e.g. ink-jet printers or thermal printers, for supporting or handling copy material in sheet or web form
    • B41J11/001—Handling wide copy materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet

Definitions

  • the present invention relates to automatic methods and devices for writing high-resolution graphics on a substrate by spraying droplets of colored liquids.
  • the technical sector of the invention is that of the construction of automatic machines or robots intended to draw various graphics on various substrates or supports.
  • An application of the methods and devices according to the invention is the production in series of flat panels carrying inscriptions and / or drawings or graphics, for example advertising panels, posters, signboards, decorative or advertising patterns on various substrates, packaging, etc.
  • the methods and devices according to the invention also make it possible to automatically write graphics on substrates having a surface with a low curvature, for example on car bodies, on curved panels, on various industrial products, on curved walls.
  • the colored liquids which can be used on the devices according to the invention can be paints, inks or any other liquid vehicle containing a dye.
  • the robots according to the invention make it possible to write letters, numbers or polychrome graphics which are produced by projection of droplets of colored liquid which produce very small and very close colored points, so that a very good result is obtained. resolution and that the eye does not perceive any discontinuity in the graphics.
  • the substrates of various composition intended to carry high resolution graphics must comprise one or more sub-layers called sheets. These sublayers ensure the protection of the substrate and the quality of the graphics.
  • ink jet computer printers which include an ink projection nozzle equipped with a piezoelectric ceramic which makes it possible to split the ink jet into droplets.
  • painting robots which include a spray gun supported by an articulated arm which makes it possible to apply layers of paint on a support.
  • the methods and devices according to the invention combine in a new way a part of the techniques for projecting liquid droplets used in inkjet printers and a part of the techniques used in plotters to obtain a relative displacement of the substrate with respect to to the registration tool.
  • the publication FR A 2 601 265 (Cherubin-Grillo) describes a device for printing point by point a polychrome image on a fixed substrate which comprises a projection head, movable along three rectangular axes, which carries several nozzles whose axes converge in a point close to the substrate. Each nozzle projects a liquid of a specific color and the colors mix.
  • the movements of the projection head are controlled by signals resulting from information recorded in a microprocessor.
  • An objective of the present invention is to provide means making it possible to automatically produce, in series and at one time, high resolution graphics composed of very small and very close colored dots.
  • Another objective of the invention is to provide an automatic machine or robot which includes means making it possible to create on a screen a graphic to be produced which may be polychrome and to automatically reproduce this graphic on a substrate which may or may not be planar.
  • Another object of the invention is to provide a machine capable of automatically reproducing on various substrates, an existing graphics, by enlarging or reducing it or possibly modifying it, respecting or modifying the colors.
  • Another objective of the invention is to provide a graphics writing robot which includes means making it possible to automatically control the correct execution of the graphics so as not to harm the high resolution qualities thereof.
  • the objectives of the invention are achieved by means of a method which comprises the following sequence of operations: - Several nozzles are mounted, each projecting a liquid of a determined color onto a tool holder which is placed in front of said substrate and which is movable along three rectangular axes, one of which is perpendicular to said substrate and is controlled automatically the movements of said tool holder by an electronic central unit so that each outlet of a nozzle scans line by line a surface parallel to said substrate, which nozzles are perpendicular to said substrate and parallel to each other and are offset in the direction perpendicular to the scanning lines so that they scan different lines, the coordinates of a network of graphic points and the color of each point are recorded in the memory of said central unit and during the movements of the carriage the successive real positions of each nozzle, they are compared with the coordinates recorded in the memory and when the real position of a nozzle which projects a liquid of a determined color coincides with the coordinates of a point of the graphics of this same color l ' central unit controls the
  • a device comprises a tool holder which can be moved by servomotors along three rectangular axes, one of which is perpendicular to said substrate, which tool holder carries nozzles for projecting colored liquids of different colors and a unit electronic control unit which automatically controls said servo motors to move said tool holder in front of said substrate along parallel scanning lines and which controls the projection of colored liquid by said nozzles, and said tool holder carries several tools each equipped with one or more several parallel nozzles which are offset from each other in the direction-perpendicular to the scanning lines.
  • a device comprises a horizontal rail along which a vertical rail is moved by a first servo motor, along a first axis (YY ′) parallel to said substrate and a carriage which is moved the along said vertical rail by a second servo motor along a second axis (ZZ ′) parallel to said substrate and a tool holder which is mounted on said carriage and which is moved by a third servo motor along a third are (XX ′) perpendicular to said substrate in which said horizontal rail consists of one side of a frame rigid rectangular fixed placed in front of said substrate and said vertical rail is moved inside said frame.
  • the invention results in the possibility of automatically inscribing on various substrates graphics which consist of very fine points and very close together and which therefore have a high resolution.
  • the invention also results in automatic machines or robots which can be programmed to produce the same graphics in series on a plurality of substrates.
  • the methods and machines according to the invention make it possible to produce dot graphics which consist of small juxtaposed spots of colored liquid. They allow you to execute graphics in several colors at once.
  • the machines according to the invention are equipped with sensors for real positioning of the tools and with electronic comparison means which at all times compare the real position measured with the theoretical position controlled by the central unit.
  • a machine according to the invention is provided with a computer-assisted image creation unit and it makes it possible to reproduce automatically and in series on various substrates a graphic created on the screen of the image creation unit.
  • a machine comprises a probe or any other equivalent means of shape analysis which is moved in front of a curved substrate which it scans line by line. It allows the surface shape of a curved substrate to be noted beforehand and the tools to be moved automatically, so that the outlet orifices of the nozzles for spraying colored liquids remain at constant distance from the substrate despite the curvature of the latter. and that the nozzles are constantly perpendicular to the surface of the substrate, so that the colored dots projected on the substrate retain the same dimensions.
  • a machine according to the invention can include an electronic memory making it possible to store the data necessary for the automatic reproduction of a graphic design.
  • This data can be stored in peripheral memories (floppy disks, discs), which allow the same graphic to be reproduced several times automatically on the same machine or on several machines.
  • FIG. 1 represents an overall perspective view of an automatic machine according to the invention, intended for automatically writing a polychrome graphics on a substrate 1, which is for example a vertical plane panel engaged in two vertical slides 2a and 2b.
  • the machine comprises a fixed rectangular vertical frame 3 which acts as a work table and which is parallel to the plane defined by the two slides 2a, 2b.
  • Frame 3 is mounted on a base or fixed frame 4 which has two guides or guide rods 5 perpendicular to the plane of the frame.
  • a mobile support 6 slides on the slides 5. It is driven by a motor, not shown.
  • the mobile support 6 carries a horizontal axis 7 around which pivot two yokes 8 carrying the slides 2a and 2b.
  • the displacement of the support 6 makes it possible to move the slides 2a, 2b away from the frame 3 to replace the panel 1.
  • the pivoting around the axis 7 makes it easier to introduce the panel into the slides 2a, 2b.
  • FIG. 1 shows three trirectangular axes XX ′, YY ′ and ZZ ′.
  • the fixed frame 3 carries a vertical arm 9 which slides on two guide rods or in two slides parallel to the horizontal sides of the frame 3, so that the arm 9 can be moved parallel to the horizontal axis YY ′.
  • These movements are controlled, for example, by a servomotor 10 visible in FIG. 2 which rotates a micrometric screw on which is mounted a nut secured to the arm 9.
  • the arm 9 carries a carriage 11 which is movable along the arm 9 therefore parallel to the vertical axis ZZ ′, for example by a servomotor 12 visible in FIG. 2, which drives a micrometric screw housed in the arm 9, on which the carriage 11 is mounted by means of a nut.
  • the carriage 11 carries a shape analysis device 12 which is for example a mechanical probe or an induction or capacitive sensor which is used to scan the substrate 1 line by line and to automatically measure the distance thereof in the direction of the axis XX ′ in the case where the substrate is curved. This reading takes place in a preliminary phase, before starting to write the graphics and the measurements taken are saved in the memory of the central unit.
  • a shape analysis device 12 which is for example a mechanical probe or an induction or capacitive sensor which is used to scan the substrate 1 line by line and to automatically measure the distance thereof in the direction of the axis XX ′ in the case where the substrate is curved. This reading takes place in a preliminary phase, before starting to write the graphics and the measurements taken are saved in the memory of the central unit.
  • the carriage 11 also carries a set of tools which include nozzles for spraying colored liquid and which are mounted in a tool holder 13 which is mechanically movable along the axis XX ′ perpendicular to the axes YY ′ and ZZ ′.
  • the device further comprises means making it possible to obtain rotations of the tools around the axes parallel to the plane of the frame 3, that is to say rotations ⁇ z and ⁇ y around the axes ZZ ′ and YY ′. These rotations keep the projection nozzles perpendicular to the surface of the substrate when the latter is not planar.
  • the arm 9 carries a ventilation device 14.
  • the carriage 11 includes a device 15 for drying colored liquids.
  • the frame 3 carries, on one of its vertical sides, a tool magazine 16 which can be moved vertically by a servomotor.
  • a tool magazine 16 which can be moved vertically by a servomotor.
  • the arm 9 is brought against the side of the frame carrying the magazine 16, the magazine 16 and the carriage 11 are placed at the same height and the tools are interchanged by devices similar to those which equip numerically controlled machine tools.
  • Table 4 is connected by conductors and by tubes located in a sheath 17 to a control station, which is shown diagrammatically at the bottom of the figure.
  • the control station comprises a section 18 of computer-aided image creation and comprising an image analysis and digitization device. It has a section 19, in which the various colored liquids are stored, in separate containers. It comprises a section 20 for processing colored liquids which is equipped with a cleaning device. Finally, it comprises a central unit 21 equipped with a central processor with its read-only memories, a keyboard, a screen, etc.
  • Successive set values are sent by the central unit to the servomotors which control the movements of the arm 9, the carriage 11 and the tool holder 13, so that the nozzles for spraying liquid move inside the frame 3 by sweeping one after the other horizontal lines, the orifices of the nozzles being maintained at a very small constant distance from the plane of the substrate 1, so that the outlet orifices of the nozzles sweep a flat or curved surface parallel to the surface of the substrate.
  • the central unit also controls means for projecting liquid equipping the nozzles in order to project onto each point of the substrate a spot of liquid of a determined color.
  • the central unit is programmed to successively bring the orifices of output of the various nozzles for projecting colored liquid carried by the tool holder 13, opposite each point of the substrate and for controlling the projection at this point of a small spot of determined color and the graphics are thus produced by very fine points and very close together.
  • the rectangular frame 3 is composed of four rigid bars which constitute its four sides, two frames 3a, 3b parallel to the axis YY ′ and two frames 3c and 3d parallel to the axis ZZ ′.
  • FIG. 2 shows the arm 9 which moves along two guide rails 22 carried by the sides 3a and 3b of the frame 3.
  • the movement is controlled for example by a servomotor 10 which drives a worm.
  • a displacement sensor 23 of any known type, measures the displacements of the arm 9 and makes it possible to know, at all times, the exact position of the latter along the axis YY ′.
  • the sensor 23 can be either a sensor for revolutions of the worm, or a sensor for linear magnetic or optical displacements.
  • the carriage 11 can be moved along the arm 9, for example by a servomotor 12 driving a worm. It is guided by a guide rail 24.
  • a sensor 25 measures the movements of the carriage and makes it possible to know its actual position along the axis ZZ ′.
  • the carriage 11 carries guide rails 26 parallel to the axis XX ′ perpendicular to the plane of the figure, along which a tool holder 13 is moved by an actuator 27.
  • a sensor 28 makes it possible to measure the displacements of the tool holder parallel to the axis XX ′ and to know the actual position along this axis.
  • the three actuators 10, 12 and 27 make it possible to move the projection nozzles protected by the tool holder along three axes XX ′, YY ′ and ZZ ′ and the three sensors 23, 25 and 28 make it possible to know at all times the actual coordinates of the orifice of each nozzle with respect to a reference system composed of three trirectangular axes.
  • the tool holder 13 can be pivotally mounted around two axes parallel to the axis ZZ ′ and to the axis YY ′, so that a system having five degrees of freedom is obtained, which makes it possible to maintain the projection nozzles perpendicular to the substrate, if the latter is curved.
  • the device also includes sensors which measure the angles of rotation around the axes parallel to ZZ ′ and YY ′.
  • Figure 2 shows a substrate 1 which is supported on a crossed frame 29, which is connected to the frame 3 and which has clamps 30 which enclose the substrate.
  • the substrate can be fixed and, in this case, spacers are interposed between the frame 3 and the substrate.
  • the frame 3 carries limit switches 31a, 31b which limit the stroke of the arm parallel to the axis YY ′, limit switches 32a, 32b, which limit the stroke of the carriage 11 parallel to the axis ZZ ′ And limit switches not visible in the figure which limit the travel of the tool holder parallel to the axis XX ′.
  • the tool holder is connected to the central control station by electrical conductors 33 and by pneumatic lines 34.
  • the frame 3 includes electrical connectors, pneumatic connectors and actuator connectors to which the conductors and connecting pipes are connected between the frame 3 and the central control station.
  • Figure 2a is a perspective view on a larger scale on which we see the carriage 11 which slides along the arm 9 parallel to the axis ZZ ′.
  • the carriage 11 carries a plate 86 which is rotated about an axis parallel to the axis YY ′ by a servomotor 87.
  • a sensor 88 measures the actual rotation of the plate and sends the measurement signal to a comparator which is part a servo motor control loop 87.
  • the turntable 86 carries a support 89 on which are mounted guide rods or slides or rails 26 parallel to the axis XX ′.
  • the support 89 carries a servomotor 27 which rotates an endless screw 27a onto which is screwed a tool holder support 90 which slides on the slides 26.
  • a sensor 28 measures the displacement of the tool holder support parallel to the axis XX ′, for example by measuring the number of turns of the screw 27a.
  • the tool holder support 90 carries a servomotor 91 which rotates a shaft 92 parallel to the axis ZZ ′.
  • a sensor 93 measures the angle of rotation.
  • the shaft 92 carries a tool holder 13, in which are mounted tools 01, 02 ... On, which each comprise one or more nozzles for projecting a jet of colored liquid 94 which is parallel to the axis XX ′ And which comes to print a colored dot 95 on a substrate 1 placed opposite the tools.
  • FIG. 3 schematically represents the position P of a tool, that is to say of the outlet orifice of one of the nozzles for spraying colored liquid.
  • the point P ′ is the projection of the point P on the substrate 1 along the axis XX ′.
  • FIG. 3 represents a diagram of the electronic circuits intended to control the coincidence between the points Q and P ′.
  • This diagram shows the three position sensors 23, 25, 28 shown in FIG. 2.
  • the reference 35 represents a memory of the central unit, in which are located at a given instant the set values which determine the theoretical coordinates of a point.
  • Reference 36 represents comparators which compare the value measured by each sensor 23, 25 and 28 to its theoretical value. Each of these comparators is part of a local servo outlet of a servomotor 10, 12 or 27.
  • the comparator 36 which may be part of the 'central unit, emits a signal and the central unit sends to the nozzle concerned a signal which controls the projection by this nozzle of a very fine droplet of liquid which produces on the substrate 1 a monochrome spot P ′ which coincides with the point theoretical Q.
  • an electronic marking control device 37 for example a video camera, makes it possible to verify that the point P ′ is correctly positioned on the substrate.
  • a print correction device 38 cancels the impact of the point P ′ by controlling the ejection on this point of an erasing liquid and we resume again the printing cycle of this same point P ′.
  • FIG. 4 shows a schematic perspective view of a tool holder 13 carrying a plurality of tools 01, 02 ... On, the number n being any, for example equal to 12 in the case of the figure.
  • the tool holder 13 includes a parallelepipedic case or case 13a in which the various tools 01, 02 ... 0n are mounted side by side, being aligned along several lines and columns parallel to the axes ZZ ′ and YY ′ respectively.
  • Each tool comprises one or more nozzles for projecting liquid in a direction parallel to the axis XX ′.
  • All the tools have the same general parallelepiped shape and the position of each tool is perfectly known as soon as we know the position of a reference linked to each tool, for example the position of the center C of the upper face.
  • the coordinates of each tool are deduced by adding constants to the coordinates of a reference linked to the tool holder, for example from the center C ′ of the upper face of the housing 13a.
  • the tools are assembled by joining each tool with the neighboring tools, for example by pins or tenons engaged in grooves or mortises.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view of a tool O placed above a horizontal plane substrate 1.
  • the tool O has a laminated structure, that is to say that it is composed of several superimposed rectangular plates 391, 392, 393, 394, in which liquid and compressed gas conduits and nozzles are hollowed out. projection of liquid which are parallel to the axis XX ′ and which open onto the underside of the lower plate 394.
  • FIG. 5 represents an example, without any limiting character of a tool which comprises three nozzles whose axes P1, P2, P3 are offset both along the axis ZZ ′ and along the axis YY ′.
  • the three nozzles can respectively project three colored liquids, different or identical, on the substrate 1 and a network of colored dots is shown thereon being executed, these dots being intended to represent a graphic.
  • the coordinates of the frame C ′ linked to the tool holder make it possible to define the coordinates of the three nozzles.
  • the tool holder is continuously moved parallel to the axis YY ′ and the liquid projections are controlled when each orifice passes in front of points P ′ distant from the value p which can vary within the same program .
  • FIG. 5 shows limits L1, L2 parallel to the axis ZZ ′ and limits L3 and l4 parallel to the axis YY ′. These limits define the framework within which the graphics to be produced are located. These limits are determined by the data stored in memory with respect to the desired graphics and controlled by the sensors 23 for L1 and L2 and by the sensors 25 for L3 and L4.
  • each nozzle passes successively opposite the theoretical points Q of the substrate and at this instant, one or more of the nozzles are 14 controlled by the central unit to project or not onto each point Q of the substrate, a stain of colored liquid.
  • the central unit thus controls the simultaneous scanning of three lines by three nozzles until the tool guard reaches the limit L1.
  • the central unit controls the movement of the carriage 11 parallel to the axis ZZ ′ by a value equal to z or a multiple of z and it again controls the movement of the tool holder parallel to the axis YY ′, in the opposite direction to the previous one until the tool holder reaches the limit L2.
  • the central unit repeats these operations until the carriage 11, which has started from the limit L3, reaches the limit L4.
  • each of the nozzles projects or not a colored liquid of determined color, independently and autonomously.
  • Figure 6 is an exploded view and Figure 7 a section of the tool holder shown in Figure 5 passing through the axis P of a nozzle.
  • the upper plate 391 acts as a cover. It includes the electrical components and circuits. It comprises in particular sockets 40 in which engage tensioning pins and sockets 41 for grounding.
  • the plate 392 called the membrane support plate, comprises a membrane 42 against the upper face of which are placed piezoelectric plates 43, for example quartz plates or piezoelectric ceramics which are excited by voltage pulses. Each plate corresponds to one of the liquid injection nozzles.
  • the deformations of the piezoelectric plates 43 are transmitted to the membrane 42 which acts as a piston which sucks and repels the colored liquid which generates a droplet of liquid during each pulse.
  • the volume of the droplets depends on the amplitude of the pulses.
  • the plate 392 comprises electrical connection sockets 44, in which are engaged pins for connecting the piezoelectric receiving plate 51 visible in FIG. 7.
  • the plate 393 has the function of bringing colored liquids to each nozzle.
  • This plate has a number of liquid inlet orifices 45 equal to the number of nozzles, for example three in the case of the figure.
  • Each orifice 45 receives a liquid of determined color and communicates with a circular channel 46 which is hollowed out between the plates 392 and 393 and which brings the liquid by radial channels into an axial chamber 47 visible in FIG. 7, which shows that the chamber 47 is of revolution around the axis P of a nozzle and has the shape of a convergent nozzle, for example of nozzle with a frustoconical section or with parabolic walls.
  • the plate 394 has the function of bringing into each nozzle a compressed gas which is used to project the colored liquid contained in the chamber 47 in the form of a nozzle.
  • the plate 394 has channels 48 whose number corresponds to that of the nozzles. These channels are connected to a source of compressed gas.
  • Each channel 48 communicates with a circular channel 48a, which is connected by radial channels to a second circular channel 48b coaxial with the first. It can be seen in FIG. 7 that each channel 48b communicates by inclined channels 49 with one of the nozzles 50 for spraying liquid.
  • Figure 7 is a section of a tool O passing through the axis P of a nozzle, for example a cross section through a plane defined by the axes XX ′ and ZZ ′.
  • the membrane 42 which is tightly sealed between the plate 391 and 392. It can be seen that the membrane 42 supports a first piezoelectric plate 43 glued to its upper face and a second piezoelectric plate 51 glued to its lower face. The two plates are fixed to the membrane 42 rigidly by a conductive resin or by any other equivalent means.
  • the first plate 43 is excited by voltage pulses which are transmitted by pins 40a engaged in the sockets 40.
  • the pins 40a are connected by conductors 52 shown in dotted lines to a connector 53.
  • the second plate 51 captures the deformations of the membrane 42 and transforms them into voltage pulses which are transmitted to pins 44a engaged in the sockets 44.
  • the sockets 44a are connected by a conductor 54 to the connector 53.
  • the amplitude of the voltage pulses emitted by the wafer 51 measures the amplitude of the deformations of the membrane which conditions the volume of the droplets and therefore makes it possible to control the volume of the droplets.
  • the membrane 42 constitutes the upper limit of the axial chamber 47 which is hollowed out inside the plates 392 393, 394 and which is delimited for example by parabolic walls of revolution around the axis P, which converge continuously towards the outlet nozzle 50.
  • Seals 55 are interposed between the successive plates, along the edges thereof.
  • the central parts of the plates 392, 393 and 394 are in direct contact, so that the circular channels 46, 48a, 48b and the radial channels are machined between the junctions of two successive plates, which facilitates machining.
  • the channels 49 which serve to inject a compressed gas, open out near the outlet orifice of the nozzle 50 and are very inclined relative to the axis P.
  • the channels 49 open into the nozzle slightly upstream of the meniscus 50a which limits the liquid when the piston 42 is in the liquid compression position, so that the gas jet carries with it the droplets.
  • a colored liquid is brought into each chamber 47 by a liquid distributor 56 which is connected to the connector 53 by a pipe 57 and which is connected to one of the orifices 45 fitted to the plate 393.
  • compressed gas is supplied to each pair of circular conduits 48a, 48b by an air distributor 58, which is connected to the connector 53 by a pneumatic line 59.
  • Periodic cleaning of the axial chamber 47, of the channel 46, of the radial channels starting therefrom and of the inlet channel 45 is obtained by interrupting the arrival of colored liquid and by connecting the distributor 56, by a pipe 60, to the connector 53.
  • the connector 53 which manages all the tasks performed by each nozzle is connected to an interface device 61 by a link bus 61a.
  • the interface device 61 includes an air-electrical interface 63, for example solenoid valves which electrically control the arrival of compressed air on the various air distributor devices 58 equipping each nozzle with the same tool.
  • an air-electrical interface 63 for example solenoid valves which electrically control the arrival of compressed air on the various air distributor devices 58 equipping each nozzle with the same tool.
  • the interface device 61 also includes a colored-electric liquid interface 62, for example solenoid valves which electrically control the arrivals of colored liquids at the various distributors 56 equipping each nozzle with the same tool.
  • a colored-electric liquid interface 62 for example solenoid valves which electrically control the arrivals of colored liquids at the various distributors 56 equipping each nozzle with the same tool.
  • the interface device comprises an interface 64 which controls the excitation voltage sent to the pins 40a of the transmitter wafers 43. It also includes an interface 65a which controls the connections with the receiver wafers 51.
  • the interface device finally comprises an interface 65 which makes it possible to electrically control the sending of a cleaning liquid on the pipes 60 after having interrupted the arrival of colored liquid.
  • the interface device 61 is connected to the central unit by a bus 66, by which the central unit sends to the interface devices 61 the logic command and control signals.
  • FIG. 8 is a partial view on a large scale of the colored dots projected on a flat substrate.
  • the points are circular and have diameters ⁇ equal or not.
  • the points of the same diameter are equidistant on each line parallel to YY ′, the distance between points being equal to e.
  • the spacing between the successive lines and the lateral offset of the points are such that the points are arranged at the vertices of equilateral triangles whose sides are equal to ⁇ + e. This arrangement makes it possible to obtain a maximum density of points per unit of area and contributes to obtaining high-resolution graphics.
  • FIG. 9 schematically represents the general organization of the components and circuits of the central control station shown in FIG. 1.
  • the reference 67 represents a central processor which controls all of the operations by dialoguing with other components via a central bus 68.
  • the microprocessor 67 is connected to the central bus by a link bus 69.
  • the central bus comprises for example three specialized buses, namely an addressing bus 70, a data bus 71 and a control bus 72.
  • the reference 73 represents mass memories which include for example a RAM read and write memory 73a and a read ROM read memory 73b.
  • the memories 73a and 73b are connected to the central bus by link buses 74a and 74b.
  • the reference 75 represents a control console which is connected to the central bus by a link bus 76.
  • the reference numeral 18 designates the module for creating and analyzing digital images shown in FIG. 1. This comprises random access memories RAM and read-only memories ROM and it is connected to the central bus by a link bus 77.
  • the reference 78 represents a device for controlling the movements of the arm 9, of the carriage 11 and of the tool holder 13. It is connected to the central bus by a connection bus 79.
  • the reference 80 represents an interface control device 61 which is connected to the central bus by the link bus 66.
  • the reference 82 represents a device for processing colored liquids which is connected to the central bus by a connection bus 83.
  • the reference 84 represents a control module for different devices which can optionally be fitted to a machine according to the invention, for example the device 37 which controls the marking.
  • This module is connected to the central bus by a link bus 85.

Abstract

L'invention a pour objet des procédés et des dispositifs automatiques pour inscrire des graphismes à haute résolution sur un subjectile par projection de gouttelettes de liquides colorés. Un dispositif selon l'invention comporte une table de travail placée devant un subjectile fixe (1). La table comporte un cadre rectangulaire fixe (3), un bras (9) qui est déplacé par un servomoteur suivant un premier axe (YY'), un chariot (11) qui est déplacé par un deuxième servomoteur suivant un deuxième axe (ZZ') et un porte-outils (13) qui est déplacé par un troisième servomoteur suivant un troisième axe (XX'). Le porte-outils porte un ou plusieurs outils équipés chacun d'une ou plusieurs buses de projection d'un liquide coloré. Chaque servomoteur comporte une boucle d'asservissement qui reçoit des valeurs de consigne successives d'une unité centrale (21). Une application est l'exécution automatique en une seule fois de graphismes polychrones, à haute définition, par exemple des panneaux publicitaires qui peuvent être conçus sur une unité de conception d'images assistée par ordinateur.

Description

  • La présente invention a pour objet des procédés et des dispositifs automatiques pour inscrire des graphismes à haute résolution sur un subjectile par projection de gouttelettes de liquides colorés.
  • Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des machines automatiques ou robots destinés à tracer des graphismes divers sur des subjectiles ou supports variés.
  • Une application des procédés et dispositifs selon l'invention est la réalisation en série de panneaux plans portant des inscriptions et/ou des dessins ou graphismes, par exemple des panneaux publicitaires, des affiches, des panneaux de signalisation, des motifs décoratifs ou publicitaires sur divers subjectiles, des emballages etc....
  • Les procédés et dispositifs selon l'invention permettent également d'inscrire automatiquement des graphismes sur des subjectiles ayant une surface à faible courbure par exemple sur des carrosseries de voitures, sur des panneaux cintrés, sur des produits industriels divers, sur des murs courbes.
  • Les liquides colorés utilisables sur les dispositifs selon l'invention peuvent être des peintures, des encres ou tout autre véhicule liquide contenant un colorant.
  • Les robots selon l'invention permettent d'inscrire des lettres, des chiffres ou des graphismes polychromes qui sont réalisés par projection de gouttelettes de liquide coloré qui produisent des points colorés très petits et très rapprochés, de sorte que l'on obtient une très bonne résolution et que l'oeil ne perçoit aucune discontinuité dans les graphismes.
  • La réalisation de graphismes dits à haute résolution ou de grande qualité graphique nécessite de très nombreuses opérations et de très nombreux contrôles puisque le nombre de points est très élevé.
  • Ces contrôles sont obligatoires non seulement pour vérifier les paramètres influant sur la circulation des liquides colorés, mais également pour vérifier la bonne réalisation des différents feuils du ou des subjectiles.
  • Les contrôles en cours d'exécution des graphismes par des dispositifs automatiques qui projettent des gouttelettes de liquide, doivent être précis et rapides afin d'éviter que le dispositif automatique ne puisse être bloqué à la suite d'une mauvaise projection des liquides et pour vérifier que la réalisation du ou des feuils est correcte. Il faut pouvoir contrôler à tout moment les déplacements des outils de projection des liquides colorés et les résultats obtenus.
  • Il est rappelé que les subjectiles de composition diverse destinés à porter des graphismes à haute résolution, doivent comporter une ou plusieurs sous-couches dites feuils. Ces sous-couches assurent la protection du subjectile et la qualité des graphismes.
  • On connaît divers procédés pour inscrire des graphismes sur divers subjectiles.
  • Une des techniques les plus utilisée est la technique d'impression des livres ou des journaux dans des imprimeries équipées de rotatives qui sont des machines très importantes. Cette technique est réservée à l'impression sur papier ou sur feuilles et pour des tirages très importants.
  • On connaît les imprimantes d'ordinateurs utilisées pour inscrire des données ou des graphismes simples sur des bandes de papier. Il existe notamment des imprimantes d'ordinateurs à jet d'encre qui comportent une buse de projection d'encre équipée d'une céramique piézo-électrique qui permet de fractionner le jet d'encre en gouttelettes.
  • Dans les imprimantes à jet d'encre connues, on imprime sur un support, par exemple sur une bande de papier, qui défile devant la buse de projection d'encre et celle-ci comporte des moyens pour charger électriquement les gouttelettes d'encre puis pour les dévier électriquement dans un sens perpendiculaire à la direction de déplacement du support à imprimer.
  • On connaît également les tables traçantes associées à un ordinateur qui commande des déplacements relatifs d'un stylet traceur et de la table suivant deux axes perpendiculaires entre eux et parallèles au plan de la table.
  • on connaît également les robots de peinture qui comportent un pistolet supporté par un bras articulé qui permet d'appliquer des couches de peinture sur un support.
  • Les procédés et dispositifs selon l'invention combinent de façon nouvelle une partie des techniques de projection de gouttelettes de liquide utilisées dans les imprimantes à jet d'encre et une partie des techniques utilisées dans les tables traçantes pour obtenir un déplacement relatif du subjectile par rapport à l'outil d'inscription.
  • La publication FR A 2 601 265 (Cherubin-Grillo) décrit un dispositif pour imprimer point par point une image polychrome sur un subjectile fixe qui comporte une tête de projection,déplaçable suivant trois axes rectangulaires,qui porte plusieurs buses dont les axes convergent en un point voisin du subjectile. Chaque buse projette un liquide d'une couleur déterminée et les couleurs se mélangent. Les déplacements de la tête de projection sont commandés par des signaux résultant d'informations enregistrées dans un microprocesseur.
  • Un objectif de la présente invention est de procurer des moyens permettant de réaliser automatiquement, en série et en une seule fois des graphismes à haute résolution composés de points colorés très petits et très rapprochés.
  • Un autre objectif de l'invention est de procurer une machine automatique ou robot qui comporte des moyens permettant de créer sur un écran un graphisme à réaliser qui peut être polychrome et de reproduire automatiquement ce graphisme sur un subjectile qui peut être plan ou non.
  • Un autre objectif de l'invention est de procurer une machine capable de reproduire automatiquement sur des subjectiles variés, un graphisme existant, en l'agrandissant ou en le réduisant ou en le modifiant éventuellement, en respectant ou en modifiant les couleurs.
  • Un autre objectif de l'invention est de procurer un robot d'inscription de graphismes qui comportent des moyens permettant de contrôler automatiquement la bonne exécution des graphismes de façon à ne pas nuire aux qualités de haute résolution de ceux-ci.
  • Les objectifs de l'invention sont atteints au moyen d'un procédé qui comporte la suite d'opération suivante :
    - on monte plusieurs buses projetant chacune un liquide d'une couleur déterminée sur un porte-outils qui est placé devant ledit subjectile et qui est déplaçable suivant trois axes rectangulaires dont un est perpendiculaire audit subjectile et on commande automatiquement les déplacements dudit porte-outils par une unité centrale électronique de telle sorte que chaque orifice de sortie d'une buse balaye ligne par ligne une surface parallèle audit subjectile, lesquelles buses sont perpendiculaires audit subjectile et parallèles entre elles et sont décalées dans le sens perpendiculaire aux lignes de balayage de telle sorte qu'elles balayent des lignes différentes, on enregistre dans la mémoire de ladite unité centrale les coordonnées d'un réseau de points du graphisme et la couleur de chaque point et pendant les déplacements du chariot on mesure les positions successives réelles de chaque buse, on les compare aux coordonnées enregistrées dans la mémoire et lorsque la position réelle d'une buse qui projette un liquide d'une couleur déterminée coïncide avec les coordonnées d'un point du graphisme de cette même couleur l'unité centrale commande l'éjection d'une gouttelette de liquide par ladite buse sur ledit subjectile de sorte que l'on obtient sur celui-­ci un graphisme polychrome à haute résolution composé d'un réseau de points monochromatiques juxtaposés.
  • Un dispositif selon l'invention comporte un porte-outils qui est déplaçable par des servo-moteurs suivant trois axes rectangulaires dont l'un est perpendiculaire audit subjectile, lequel porte-outils porte des buses de projection de liquides colorés de différentes couleurs et une unité centrale électronique qui commande automatiquement lesdits servo-moteurs pour déplacer ledit porte-outils devant ledit subjectile suivant des lignes de balayage parallèles et qui commande la projection de liquide coloré par lesdites buses, et ledit porte-outils porte plusieurs outils équipés chacun d'une ou plusieurs buses parallèles qui sont décalées l'une par rapport à l'autre dans le sens-perpendiculaire aux lignes de balayage.
  • Selon un mode de réalisation préférentiel, un dispositif selon l'invention comporte un rail horizontal le long duquel un rail vertical est déplacé par un premier servo-moteur, suivant un premier axe (YY′) parallèle audit subjectile et un chariot qui est déplacé le long dudit rail vertical par un deuxième servo-moteur suivant un deuxième axe (ZZ′) parallèle audit subjectile et un porte-outils qui est monté sur ledit chariot et qui est déplacé par un troisième servo-­moteur suivant un troisième are (XX′) perpendiculaire audit subjectile dans lequel ledit rail horizontal est constitué par un côté d'un cadre rigide rectangulaire fixe placé devant ledit subjectile et ledit rail vertical est déplacé à l'intérieur dudit cadre.
  • L'invention a pour résultat la possibilité d'inscrire automatiquement sur des subjectiles divers des graphismes qui sont constitués de points très fins et très rapprochés et qui présentent donc une haute résolution.
  • L'invention a également pour résultat des machines automatiques ou robots qui peuvent être programmés pour réaliser en série le même graphisme sur une pluralité de subjectiles.
  • Les procédés et machines selon l'invention permettent de réaliser des graphismes par points qui sont constitués par des petites taches juxtaposées de liquide coloré. Ils permettent d'exécuter en une seule fois des graphismes en plusieurs couleurs.
  • Les machines selon l'invention sont équipées de capteurs de positionnement réel des outils et de moyens de comparaison électroniques qui comparent à tout instant la position réelle mesurée à la position théorique commandée par l'unité centrale.
  • Ces moyens de comparaison permettent d'interrompre la projection de liquide coloré lorsqu'ils décèlent un écart trop important entre la position réelle et la position théorique des outils de projection de liquide, ce qui permet de garantir la bonne qualité des graphismes exécutés par la machine.
  • Une machine selon l'invention est pourvue d'une unité de création d'images assistée par ordinateur et elle permet de reproduire automatiquement et en série sur des subjectiles divers un graphisme créé sur l'écran de l'unité de création d'images.
  • Elle permet également de reproduire automatiquement et en série un graphisme existant après l'avoir éventuellement modifié.
  • Une machine selon l'invention comporte un palpeur ou tout autre moyen équivalent d'analyse de forme qui est déplacé devant un subjectile courbe qu'il balaye ligne par ligne. Il permet de relever préalablement la forme de la surface d'un subjectile courbe et de déplacer automatiquement les outils, de telle sorte que les orifices de sortie des buses de projection des liquides colorés restent à distance constante du subjectile malgré la courbure de celui-ci et que les buses soient constamment perpendiculaires à la surface du subjectile, de sorte que les points colorés projetés sur le subjectile conservent les mêmes dimensions.
  • Une machine selon l'invention peut comporter une mémoire électronique permettant de conserver les données nécessaires à la reproduction automatique d'un graphisme. Ces données peuvent être stockées dans des mémoires périphériques (disquettes, disques), qui permettent de reproduire automatiquement plusieurs fois le même graphisme sur une même machine ou sur plusieurs machines.
  • La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention.
    • La figure 1 est une vue d'ensemble d'un dispositif selon l'invention.
    • La figure 2 est une vue de face de la table de travail d'un dispositif selon l'invention.
    • La figure 2a est une vue en perspective d'un mode de réalisation du chariot et du porte-outils.
    • La figure 3 est une vue schématique partielle du subjectile et des circuits électroniques d'asservissement de la position des outils.
    • La figure 4 est une vue schématique en perspective du porte-­outils.
    • La figure 5 est une vue en perspective d'un outil comportant trois buses.
    • La figure 6 est une vue éclatée de la figure 5.
    • La figure 7 est une coupe transversale de la figure 6 passant par l'axe d'une buse.
    • La figure 8 est une vue à grande échelle montrant la disposition en quinconce des points colorés.
    • La figure 9 est un schéma du poste de commande central.
  • La figure 1 représente une vue d'ensemble en perspective d'une machine automatique selon l'invention, destinée à inscrire automatiquement un graphisme polychrome sur un subjectile 1, qui est par exemple un panneau plan vertical engagé dans deux glissières verticales 2a et 2b.
  • La machine comporte un cadre vertical rectangulaire fixe 3 qui fait fonction de table de travail et qui est parallèle au plan défini par les deux glissières 2a, 2b. Le cadre 3 est monté sur un socle ou bâti fixe 4 qui comporte deux glissières ou tiges de guidage 5 perpendiculaires au plan du cadre.
  • Un support mobile 6 coulisse sur les glissières 5. Il est entraîné par un moteur non représenté. Le support mobile 6 porte un axe horizontal 7 autour duquel pivotent deux chapes 8 portant les glissières 2a et 2b.
  • Le déplacement du support 6 permet d'éloigner les glissières 2a, 2b du cadre 3 pour remplacer le panneau 1. Le pivotement autour de l'axe 7 permet de faciliter l'introduction du panneau dans les glissières 2a, 2b.
  • On a représenté sur la figure 1 trois axes trirectangulaires XX′, YY′ et ZZ′.
  • Le cadre fixe 3 porte un bras vertical 9 qui coulisse sur deux tiges de guidage ou dans deux glissières parallèles aux côtés horizontaux du cadre 3, de sorte que le bras 9 peut être déplacé parallèlement à l'axe horizontal YY′. Ces déplacements sont commandés par exemple par un servomoteur 10 visible sur la figure 2 qui entraîne en rotation une vis micrométrique sur laquelle est monté un écrou solidaire du bras 9.
  • Le bras 9 porte un chariot 11 qui est déplaçable le long du bras 9 donc parallèlement à l'axe vertical ZZ′, par exemple par un servomoteur 12 visible sur la figure 2, qui entraîne une vis micrométrique logée dans le bras 9, sur laquelle le chariot 11 est monté par l'intermédiaire d'un écrou.
  • Le chariot 11 porte un dispositif d'analyse de forme 12 qui est par exemple un palpeur mécanique ou un capteur à induction ou capacitif qui sert à balayer le subjectile 1 ligne par ligne et à mesurer automatiquement la distance de celui-ci dans le sens de l'axe XX′ dans le cas où le subjectile est courbe. Ce relevé a lieu dans une phase préliminaire, avant de commencer l'inscription du graphisme et les mesures relevées sont enregistrées dans la mémoire de l'unité centrale.
  • Le chariot 11 porte également un ensemble d'outils qui comportent des buses de projection de liquide coloré et qui sont montés dans un porte outil 13 qui est déplaçable mécaniquement suivant l'axe XX′ perpendiculaire aux axes YY′ et ZZ′.
  • Avantageusement, le dispositif comporte, en outre, des moyens permettant d'obtenir des rotations des outils autour des axes parallèles au plan du cadre 3, c'est-à-dire des rotations ϑz et ϑy autour des axes ZZ′ et YY′. Ces rotations permettent de maintenir les buses de projection perpendiculaires à la surface du subjectile lorsque celle-ci n'est pas plane. Le bras 9 porte un dispositif de ventilation 14. Le chariot 11 comporte un dispositif 15 de séchage des liquides colorés.
  • Le cadre 3 porte, sur un de ses côtés verticaux, un magasin à outils 16 qui est déplaçable verticalement par un servomoteur. Lorsqu'on doit changer des outils de projection, on amène le bras 9 contre le côté du cadre portant le magasin 16, on place le magasin 16 et le chariot 11 à la même hauteur et on interchange les outils par des dispositifs analogues à ceux qui équipent les machines-outils à commande numérique.
  • La table 4 est reliée par des conducteurs et par des tubes situés dans une gaine 17 à un poste de commande, qui est représenté schématiquement au bas de la figure.
  • Le poste de commande comporte une section 18 de création d'images assistée par ordinateur et comportant un dispositif d'analyse et de numérisation des images. Il comporte une section 19, dans laquelle sont stockés, dans des récipients séparés, les divers liquides colorés. Il comporte une section 20 de traitement des liquides colorés qui est équipée d'un dispositif de nettoyage. Il comporte enfin une unité centrale 21 équipée d'un processeur central avec ses mémoires mortes et vives, un clavier, un écran etc...
  • Des valeurs de consigne successives sont envoyées par l'unité centrale aux servomoteurs qui commandent les déplacements du bras 9, du chariot 11 et du porte-outils 13, de telle sorte que les buses de projection de liquide se déplacent à l'intérieur du cadre 3 en balayant l'une après l'autre des lignes horizontales, les orifices des buses étant maintenus à une très faible distance constante du plan du subjectile 1, de sorte que les orifices de sortie des buses balayent une surface plane ou courbe parallèle à la surface du subjectile. L'unité centrale commande également des moyens de projection de liquide équipant les buses afin de projeter sur chaque point du subjectile une tache de liquide d'une couleur déterminée.
  • A partir du graphisme qui a été créé sur l'écran du dispositif 18 de création d'images assisté par ordinateur ou à partir d'un graphisme existant que l'on désire recopier, l'unité centrale est programmée pour amener successivement les orifices de sortie des diverses buses de projection de liquide coloré portées par le porte-­outils 13, en regard de chaque point du subjectile et pour commander la projection en ce point d'une petite tache de couleur déterminée et le graphisme est ainsi réalisé par points très fins et très rapprochés.
  • Avantageusement, les points colorés qui sont circulaires sont disposés en quinconce afin qu'ils couvrent le maximum de surface du subjectile.
    • La figure 1 représente un cadre 3 et un subjectile 1 verticaux. Il est précisé qu'ils peuvent avantageusement être horizontaux.
    • La figure 2 est une vue en élévation du cadre 3 et d'un subjectile 1 verticaux ou bien une vue de dessus dans le cas où la table et le subjectile sont horizontaux.
  • Le cadre rectangulaire 3 est composé de quatre barres rigides qui constituent ses quatre côtés, deux armatures 3a, 3b parallèles à l'axe YY′ et deux armatures 3c et 3d parallèles à l'axe ZZ′.
  • On voit sur la figure 2 le bras 9 qui se déplace le long de deux rails de guidage 22 porté par les côtés 3a et 3b du cadre 3.
  • Le déplacement est commandé par exemple par un servomoteur 10 qui entraîne une vis sans fin. Un capteur de déplacement 23 de tout type connu, mesure les déplacements du bras 9 et permet de connaître, à tout instant, la position exacte de celui-ci suivant l'axe YY′.
  • Le capteur 23 peut être soit un capteur de tours de la vis sans fin, soit un capteur de déplacements linéaires magnétique ou optique.
  • Le chariot 11 est déplaçable le long du bras 9, par exemple par un servomoteur 12 entraînant une vis sans fin. IL est guidé par un rail de guidage 24.
  • Un capteur 25 mesure les déplacements du chariot et permet de connaître sa position réelle le long de l'axe ZZ′.
  • Le chariot 11 porte des rails de guidage 26 parallèles à l'axe XX′ perpendiculaire au plan de la figure, le long desquels un porte-­outils 13 est déplacé par un actionneur 27.
  • Un capteur 28 permet de mesurer les déplacements du porte-outils parallèles à l'axe XX′ et de connaître la position réelle suivant cet axe.
  • Ainsi, les trois actionneurs 10, 12 et 27 permettent de déplacer les buses de projection protées par le porte-outils suivant trois axes XX′, YY′ et ZZ′ et les trois capteurs 23, 25 et 28 permettent de connaître à tout instant les coordonnées réelles de l'orifice de chaque buse par rapport à un système de référence composée de trois axes trirectangulaires.
  • Avantageusement, le porte-outils 13 peut être monté pivotant autour de deux axes parallèles à l'axe ZZ′ et à l'axe YY′, de sorte que l'on obtient un système ayant cinq degrés de liberté, qui permet de maintenir les buses de projection perpendiculaires au subjectile, dans le cas où celui-ci est courbe.
  • Dans ce cas, le dispositif comporte également des capteurs qui mesurent les angles de rotation autour des axes parallèles à ZZ′ et YY′.
  • La figure 2 montre un subjectile 1 qui est en appui sur une armature croisée 29, qui est reliée au cadre 3 et qui comporte des brides de serrages 30 qui enserrent le subjectile.
  • En variante, le subjectile peut être fixe et, dans ce cas, on intercale des entretoises entre le cadre 3 et le subjectile.
  • Le cadre 3 porte des interrupteurs de fin de course 31a, 31b qui limitent la course du bras parallèlement à l'axe YY′, des interrupteurs de fin de course 32a, 32b, qui limitent la course du chariot 11 parallèlement à l'axe ZZ′ et des interrupteurs de fin de course non visibles sur la figure qui limitent la course du porte-­outils parallèlement à l'axe XX′.
  • Le porte-outils est relié au poste de commande central par des conducteurs électriques 33 et par des canalisations pneumatiques 34.
  • On voit sur le côté 3c du cadre 3 le magasin 16 qui contient des outils d'injection de liquide coloré et qui permet d'interchanger, de façon automatique, les outils montés sur le porte-outils.
  • Le cadre 3 comporte des connecteurs électriques, des connecteurs pneumatiques et des connecteurs actionneurs sur lesquels viennent se brancher les conducteurs et les canalisations de liaison entre le cadre 3 et le poste de commande central.
  • La figure 2a est une vue en perspective à plus grande échelle sur laquelle on voit le chariot 11 qui coulisse le long du bras 9 parallèle à l'axe ZZ′. Le chariot 11 porte un plateau 86 qui est entraîné en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe YY′ par un servomoteur 87. Un capteur 88 mesure la rotation réelle du plateau et envoie le signal de mesure sur un comparateur qui fait partie d'une boucle d'asservissement du servomoteur 87.
  • Le plateau rotatif 86 porte un support 89 sur lequel sont montées des tiges de guidage ou glissières ou rails 26 parallèles à l'axe XX′. Le support 89 porte un servomoteur 27 qui entraîne en rotation une vis sans fin 27a sur laquelle est vissé un support de porte-outils 90 qui coulisse sur les glissières 26. Un capteur 28 mesure le déplacement du support de porte-outils parallèlement à l'axe XX′, par exemple en mesurant le nombre de tours de la vis 27a.
  • Le support de porte-outils 90 porte un servomoteur 91 qui entraîne en rotation un arbre 92 parallèle à l'axe ZZ′. Un capteur 93 mesure l'angle de rotation. L'arbre 92 porte un porte-outils 13, dans lequel sont montés des outils 01, 02...On, qui comportent chacun une ou plusieurs buses de projection d'un jet de liquide coloré 94 qui est parallèle à l'axe XX′ et qui vient imprimer un point coloré 95 sur un subjectile 1 placé en regard des outils.
  • La figure 3 représente schématiquement la position P d'un outil, c'est-à-dire de l'orifice de sortie de l'une des buses de projection de liquide coloré. Le point P′ est la projection du point P sur le subjectile 1 suivant l'axe XX′.
  • Soit Q le point théorique dont les coordonnées suivant les trois axes sont envoyées par l'unité centrale comme points de consigne aux trois servomoteurs 10, 12 et 27.
  • La partie supérieure de la figure 3 représente un schéma des circuits électroniques destinés à contrôler la coïncidence entre les points Q et P′.
  • On retrouve sur ce schéma les trois capteurs de position 23, 25, 28 représentés sur la figure 2. Le repère 35 représente une mémoire de l'unité centrale, dans laquelle se trouvent à un instant donné les valeurs de consigne qui déterminent les coordonnées théoriques d'un point.
  • Le repère 36 représente des comparateurs qui comparent la valeur mesurée par chaque capteur 23, 25 et 28 à sa valeur théorique. Chacun de ces comparateurs fait partie d'une bouche d'asservissement locale d'un servomoteur 10, 12 ou 27.
  • Lorsque les coordonnées mesurées d'une buse projetant un liquide d'une couleur déterminée coïncident avec les coordonnées théoriques d'un point du graphisme de la même couleur enregistrées dans la mémoire de l'ordinateur central le comparateur 36, qui peut faire partie de l'unité centrale, émet un signal et l'unité centrale envoie à la buse concernée un signal qui commande la projection par cette buse d'une très fine gouttelette de liquide qui produit sur le subjectile 1 une tache monochrome P′ qui coïncide avec le point théorique Q.
  • Après impression de chaque point P′, un dispositif électronique de contrôle de marquage 37, par exemple une caméra vidéo permet de vérifier que le point P′ est bien positionné sur le subjectile.
  • Dans le cas où le point P′ ne correspondrait pas parfaitement à la position du point théorique Q, un dispositif correcteur d'impression 38 annule l'impact du point P′ en commandant l'éjection sur ce point d'un liquide d'effacement et on reprend à nouveau le cycle d'impression de ce même point P′.
  • La figure 4 représente une vue schématique en perspective d'un porte-outils 13 portant une pluralité d'outils 01, 02...On, le nombre n étant quelconque, par exemple égal à 12 dans le cas de la figure.
  • Le porte-outils 13 comporte un étui ou boîtier parallélépipédique 13a dans lequel les divers outils 01, 02...0n sont montés côte à côte, en étant alignés suivant plusieurs lignes et colonnes parallèles respectivement aux axes ZZ′ et YY′. Chaque outil comporte une ou plusieurs buses de projection de liquide dans une direction parallèle à l'axe XX′.
  • Tous les outils ont la même forme générale parallélépipédique et la position de chaque outil est parfaitement connue dès lors que l'on connaît la position d'un repère lié à chaque outil, par exemple la position du centre C de la face supérieure.
  • Les coordonnées de chaque outil se déduisent par addition de constantes des coordonnées d'un repère lié au porte-outils, par exemple du centre C′ de la face supérieure du boîtier 13a.
  • L'assemblage des outils est réalisé par jonction de chaque outil avec les outils voisins, par exemple par des ergots ou tenons engagés dans des rainures ou mortaises.
  • La figure 5 est une vue schématique en perspective d'un outil O placé au-dessus d'un subjectile plan 1 horizontal.
  • L'outil O a une structure feuilletée, c'est-à-dire qu'il est composé de plusieurs plaques rectangulaires superposées 39₁, 39₂, 39₃, 39₄, dans lesquelles sont creusés des conduits de liquide et de gaz comprimé et des buses de projection de liquide qui sont parallèles à l'axe XX′ et qui débouchent sur la face inférieure de la plaque inférieure 39₄.
  • La figure 5 représente un exemple, sans aucun caractère limitatif d'un outil qui comporte trois buses dont les axes P1, P2, P3 sont décalés à la fois suivant l'axe ZZ′ et suivant l'axe YY′. Les trois buses peuvent projeter respectivement trois liquides colorés, différents ou identiques, sur le subjectile 1 et l'on a représenté sur celui-ci un réseau de points colorés en cours d'exécution, ces points étant destinés à représenter un graphisme.
  • A un instant donné, les coordonnées du repère C′ lié au porte outils permettent de définir les coordonnées des trois buses.
  • On désigne par z le décalage de deux buses suivant l'axe ZZ′ et par y le décalage de deux buses successives suivant l'axe YY′. On se place dans l'hypothèse où les décalages entre les axes P1 et P2 sont égaux aux décalages entre les axes P2 et P3.
  • Le porte-outils est déplacé en continu parallèlement à l'axe YY′ et les projections de liquide sont commandées lors du passage de chaque orifice devant des points P′ distants de la valeur p qui peut varier à l'intérieur d'un même programme.
  • On a représenté sur la figure 5 des limites L1, L2 parallèles à l'axe ZZ′ et des limites L3 et l4 parallèles à l'axe YY′. Ces limites définissent le cadre à l'intérieur duquel se situe le graphisme à réaliser. Ces limites sont déterminées par les données stockées en mémoire par rapport aux graphismes désirés et contrôlées par les capteurs 23 pour L1 et L2 et par les capteurs 25 pour L3 et L4.
  • Au cours du déplacement de l'outil parallèlement à l'axe YY′, chaque buse passe successivement en regard de points théoriques Q du subjectile et à cet instant, une ou plusieurs des buses sont 14 commandées par l'unité centrale pour projeter ou non sur chaque point Q du subjectile, une tache de liquide coloré.
  • On voit sur la figure 5 que les taches projetées par chaque buse sont alignées suivant des lignes parallèles à l'axe YY′, distantes de z.
  • L'unité centrale commande ainsi le balayage simultané de trois lignes par trois buses jusqu'à ce que le prote-outils atteigne la limite L1.
  • A ce moment là, l'unité centrale commande le déplacement du chariot 11 parallèlement à l'axe ZZ′ d'une valeur égale à z ou à un multiple de z et elle commande à nouveau le déplacement du porte-­outils parallèlement à l'axe YY′, en sens inverse du précédent jusqu'à ce que le porte-outils atteigne la limite L2.
  • L'unité centrale répète ces opérations jusqu'à ce que le chariot 11, qui est parti de la limite L3, atteigne la limite L4.
  • Au passage, devant chaque point théorique Q défini par les coordonnées successives transmises par l'unité centrale, chacune des buses projette ou non un liquide coloré de couleur déterminée, de manière indépendante et autonome.
  • La figure 6 est une vue éclatée et la figure 7 une coupe du porte-outils représenté sur la figure 5 passant par l'axe P d'une buse.
  • On voit sur ces figures les quatre plaques rectangulaires superposées 39₁, 39₂, 39₃...39n qui sont assemblées entre elles par des tirants, par collage ou par tout autre moyen d'assemblage connus.
  • La plaque supérieure 39₁ fait fonction de couvercle. Elle comporte les composants et circuits électriques. Elle comporte notamment des douilles 40 dans lesquelles viennent s'engager des broches de mise sous tension et des douilles 41 de mise à la masse.
  • La plaque 39₂, dite plaque de support membrane, comporte une membrane 42 contre la face supérieure de laquelle sont posées des plaquettes piézo-électriques 43, par exemple des plaquettes de quartz ou des céramiques piézo-électriques qui sont excitées par des impulsions de tension. Chaque plaquette correspond à l'une des buses d'injection de liquide.
  • Les déformations des plaquettes piézo-électriques 43 sont transmises à la membrane 42 qui fait fonction de piston qui aspire et refoule le liquide coloré et qui génère une gouttelette de liquide lors de chaque impulsion. Le volume des gouttelettes dépend de l'amplitude des impulsions.
  • La plaque 39₂ comporte des douilles de connexion électrique 44, dans laquelle sont engagées des broches de connexion de plaquette piézo-électrique réceptrice 51 visible sur la figure 7.
  • La plaque 39₃ a pour fonction d'amener des liquides colorés à chaque buse. Cette plaque comporte un nombre d'orifices 45 d'arrivée de liquide égal au nombre de buses, par exemple trois dans le cas de la figure. Chaque orifice 45 reçoit un liquide de couleur déterminée et communique avec un canal circulaire 46 qui est creusé à cheval entre les plaques 39₂ et 39₃ et qui amène le liquide par des canaux radiaux dans une chambre axiale 47 visible sur la figure 7, qui montre que la chambre 47 est de révolution autour de l'axe P d'une buse et a une forme de tuyère convergente, par exemple de tuyère à section tronconique ou à parois paraboliques.
  • La plaque 39₄ a pour fonction d'amener dans chaque buse un gaz comprimé qui sert à projeter le liquide coloré contenu dans la chambre 47 en forme de tuyère. La plaque 39₄ comporte des canaux 48 dont le nombre correspond à celui des buses. Ces canaux sont connectés sur une source de gaz comprimé. Chaque canal 48 communique avec un canal circulaire 48a, qui est relié par des canaux radiaux à un deuxième canal circulaire 48b coaxial au premier. On voit sur la figure 7 que chaque canal 48b communique par des canaux inclinés 49 avec une des buses 50 de projection de liquide.
  • La figure 7 est une coupe d'un outil O passant par l'axe P d'une buse, par exemple une coupe transversale par un plan défini par les axes XX′ et ZZ′.
  • On voit sur cette figure la membrane 42 qui est serrée de façon étanche entre la plaque 39₁ et 39₂. On voit que la membrane 42 supporte une première plaquette piézo-électrique 43 collée à sa face supérieure et une deuxième plaquette piézo-électrique 51 collée à sa face inférieure. Les deux plaquettes sont fixées à la membrane 42 de façon rigide par une résine conductrice ou par tout autre moyen équivalent.
  • La première plaquette 43 est excitée par des impulsions de tension qui sont transmises par des broches 40a engagées dans les douilles 40.
  • Les broches 40a sont reliées par des conducteurs 52 représentés en pointillés à un connecteur 53.
  • La deuxième plaquette 51 capte les déformations de la membrane 42 et les transforme en impulsions de tension qui sont transmises à des broches 44a engagées dans les douilles 44. Les douilles 44a sont reliées par un conducteur 54 au connecteur 53.
  • L'amplitude des impulsions de tension émises par la plaquette 51 mesure l'amplitude des déformations de la membrane qui conditionne le volume des gouttelettes et permet donc de contrôler le volume des gouttelettes.
  • La membrane 42 constitue la limite supérieure de la chambre axiale 47 qui est creusée à l'intérieur des plaques 39₂ 39₃, 39₄ et qui est délimitée par exemple par des parois paraboliques de révolution autour de l'axe P, qui convergent de façon continue vers la buse de sortie 50.
  • Des joints d'étanchéité 55 sont intercalés entre les plaques successives, le long des bords de celles-ci. Par contre, comme on peut le voir sur la figure 7, les parties centrales des plaques 39₂, 39₃ et 39₄ sont en contact direct, de sorte que les canaux circulaires 46, 48a, 48b ainsi que les canaux radiaux sont usinés à cheval entre les jonctions de deux plaques successives, ce qui facilite l'usinage.
  • On voit sur la figure 7 que les canaux 49, qui servent à injecter un gaz comprimé, débouchent à proximité de l'orifice de sortie de la buse 50 et sont très inclinés par rapport à l'axe P.
  • Les canaux 49 débouchent dans la buse légèrement en amont du ménisque 50a qui limite le liquide lorsque le piston 42 est en position de compression du liquide, de sorte que le jet de gaz entraîne avec lui les gouttelettes.
  • Un liquide coloré est amené dans chaque chambre 47 par un distributeur de liquide 56 qui est relié au connecteur 53 par une canalisation 57 et qui est connecté sur un des orifices 45 équipant la plaque 39₃.
  • De même, du gaz comprimé est amené à chaque couple de conduits circulaires 48a, 48b par un distributeur d'air 58, qui est relié au connecteur 53 par une canalisation pneumatique 59.
  • Le nettoyage périodique de la chambre axiale 47, du canal 46, des canaux radiaux partant de ce dernier et du canal d'entrée 45 est obtenu en interrompant l'arrivée de liquide coloré et en reliant le distributeur 56, par une canalisation 60, au connecteur 53.
  • Le connecteur 53 qui gère l'ensemble des taches effectuées par chaque buse est relié à un dispositif d'interface 61 par un bus de liaison 61a.
  • Le dispositif d'interface 61 comporte une interface air-­électrique 63 par exemple des électrovannes qui contrôlent électriquement l'arrivée d'air comprimé sur les divers dispositifs distributeurs d'air 58 équipant chaque buse d'un même outil.
  • Le dispositif d'interface 61 comporte également une interface liquide colorés-électrique 62, par exemple des électrovannes qui contrôlent électriquement les arrivées de liquides colorés aux divers distributeurs 56 équipant chaque buse d'un même outil.
  • Le dispositif d'interface comporte une interface 64 qui contrôle la tension d'excitation envoyée sur les broches 40a des plaquettes émettrices 43. Il comporte également une interface 65a qui contrôle les liaisons avec les plaquettes réceptrices 51.
  • Le dispositif d'interface comporte enfin une interface 65 qui permet de contrôler électriquement l'envoi d'un liquide de nettoyage sur les canalisations 60 après avoir interrompu l'arrivée de liquide coloré.
  • Le dispositif d'interface 61 est relié à l'unité centrale par un bus 66, par lequel l'unité centrale envoie aux dispositifs d'interface 61 les signaux logiques de commande et de contrôle.
  • La figure 8 est une vue partielle à grande échelle des points colorés projetés sur un subjectile plan. Les points sont circulaires et ont des diamètres φ égaux ou non.
  • Les points de même diamètre sont équidistants sur chaque ligne parallèle à YY′, la distance entre points étant égale à e.
  • Lorsqu'on passe d'une ligne à la suivante, les points sont décalés dans le sens de la ligne, de telle sorte qu'on obtient une disposition en quinconce.
  • L'écartement entre les lignes successives et le décalage latéral des points sont tels que les points sont disposés aux sommets de triangles équilatéraux dont les côtés sont égaux à φ + e. Cette disposition permet d'obtenir une densité maxima de points par unité de surface et contribue à l'obtention de graphismes à haute résolution.
  • La figure 9 représente, de façon schématique, l'organisation générale des composants et des circuits du poste de commande centrale représenté sur la figure 1.
  • Le repère 67 représente un processeur central qui commande l'ensemble des opérations en dialoguant avec d'autres composants par l'intermédiaire d'un bus central 68. Le microprocesseur 67 est relié au bus central par un bus de liaison 69.
  • Le bus central comporte par exemple trois bus spécialisés, à savoir un bus d'adressage 70, un bus de données 71 et un bus de contrôle 72.
  • Le repère 73 représente des mémoires de masse qui comportent par exemple une mémoire vive RAM à lecture et écriture 73a et une mémoire morte à lecture ROM 73b. Les mémoires 73a et 73b sont reliées au bus central par des bus de liaison 74a et 74b.
  • Le repère 75 représente un pupitre de commande qui est relié au bus central par un bus de liaison 76.
  • Le repère 18 désigne le module de création et d'analyse numérique d'images représenté sur la figure 1. Celui-ci comporte des mémoires vives RAM et des mémoires mortes ROM et il est relié au bus central par un bus de liaison 77.
  • Le repère 78 représente un dispositif de commande des mouvements du bras 9, du chariot 11 et du porte-outils 13. Il est relié au bus central par un bus de liaison 79.
  • Le repère 80 représente un dispositif de commande des interfaces 61 qui est relié au bus central par le bus de liaison 66.
  • Le repère 82 représente un dispositif de traitement des liquides colorés qui est relié au bus central par un bus de liaison 83.
  • Le repère 84 représente un module de contrôle de différents dispositifs qui peuvent équiper optionnellement une machine selon l'invention, par exemple le dispositif 37 qui contrôle le marquage. Ce module est relié au bus central par un bus de liaison 85.

Claims (12)

1. Procédé pour inscrire automatiquement un graphisme polychrome à haute résolution sur un subjectile fixe du type comportant les opérations suivantes :
- on monte plusieurs buses de projection d'un liquide coloré sur un porte-outils placé devant ledit subjectile et déplaçable suivant trois axes trirectangulaires dont un est perpendiculaire audit subjectile et on commande automatiquement les déplacements dudit porte-outils par une unité centrale électronique de telle sorte que chaque orifice de sortie d'une brise balaye ligne par ligne une surface parallèle audit subjectile caractérisé en ce que lesdites buses sont perpendiculaires audit subjectile et parallèles entre elles et sont décalées dans le sens perpendiculaire une ligne de balayage de telle sorte qu'elles balayent des lignes différentes, on enregistre dans la mémoire de ladite unité centrale les coordonnées d'un réseau de points du graphisme et la couleur de chaque point et pendant les déplacements du chariot on mesure les positions successives réelles de chaque buse et on les compare aux coordonnées enregistrées dans la mémoire et lorsque la position réelle d'une buse qui projette un liquide d'une couleur déterminée coïncide avec les coordonnées d'un point du graphisme de cette même couleur l'unité centrale commande l'éjection d'une gouttelette de liquide par ladite buse par ledit subjectile de sorte que l'on obtient sur celui-ci un graphisme polychrome à haute résolution composé d'un réseau de points monochromatiques.
2. Dispositif pour inscrire automatiquement un graphisme polychrome à haute résolution sur un subjectile fixe du type comportant un porte-outils qui est déplaçable par des servo-moteurs suivant trois axes rectangulaires dont l'un est perpendiculaire audit subjectile, lequel porte-outils porte des buses de projection de liquides colorés de différentes couleurs et une unité centrale électronique qui commande automatiquement lesdits servo-moteurs pour déplacer ledit porte-outils devant ledit subjectile suivant des lignes de balayage parallèles et qui commande la projection de liquide coloré par lesdites buses caractérisé en ce que ledit porte-outils (13) porte plusieurs outils (O1,O2...On) équipés chacun d'une ou plusieurs buses parallèles qui sont décalées l'une par rapport à l'autre dans le sens-­perpendiculaire aux lignes de balayage.
3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que chaque servo-moteur est associé à une boucle d'asservissement qui comporte un capteur qui indique la position réelle du chariot le long desdits axes et un comparateur qui compose à tout instant ladite position réelle à une valeur de consigne transmise par l'unité centrale et qui indique à ladite unité centrale l'instant où il a coïncidence.
4. Dispositif selon la revendication 2 du type comportant un rail horizontal le long duquel un rail vertical est déplacé par un premier servo-moteur, suivant un premier axe (YY′) parallèle audit subjectile et un chariot qui est déplacé le long dudit rail vertical par un deuxième servo-moteur suivant un deuxième axe (ZZ′) parallèle audit subjectile et un porte-outils qui est monté sur ledit chariot et qui est déplacé par un troisième servo-moteur suivant un troisième axe (XX′) perpendiculaire audit subjectile caractérisé en ce que ledit rail horizontal est constitué par un côté (3a) d'un cadre rigide rectangulaire fixe placé devant ledit subjectile et ledit rail vertical est déplacé à l'intérieur dudit cadre.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ledit porte-outils (13) comporte un boîtier rectangulaire (13a) qui contient une pluralité d'outils (O1,O2...On), de forme générale rectangulaire, qui sont disposés suivant des rangées parallèles auxdits premier et deuxième axe (YY′ et ZZ′), de sorte que les coordonnées de chaque outil individuel suivant lesdits premier et deuxième axe se déduisent des coordonnées d'un point déterminé (C′) dudit porte-outil par addition de constantes.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que chaque outil (0) est composé d'un empilement de plusieurs plaques rectangulaires (391, 392, 393, 394) superposées les unes contre les autres et comporte plusieurs chambres (47) qui sont creusées chacune à travers plusieurs plaques dudit empilement et qui présente la forme d'une tuyère qui converge vers une buse (50) d'éjection d'un liquide de couleur déterminée contenu dans ladite chambre.
7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que chaque chambre (47) est délimitée, du côté opposé à ladite buse (50) par une membrane déformable (42) qui porte sur sa face externe à ladite chambre une plaquette piézo-électrique (43) qui est excitée par des impulsions électriques commandées par ladite unité centrale, chaque impulsion commandant l'éjection d'une gouttelette et laquelle membrane porte sur sa face interne, une deuxième plaquette piézo-­électrique qui capte les déplacements de ladite membrane (42).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comporte, autour de chaque buse (50) un canal circulaire (48b), dans lequel on envoie un gaz comprimé duquel partent des canaux inclinés (49) qui débouchent dans ladite buse (50), à proximité de l'orifice de sortie de celle-ci et qui permettent d'envoyer dans la buse un débit de gaz comprimé pour projeter lesdites gouttelettes de liquide coloré contre ledit subjectile.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que chaque outils (0) comporte quatre plaques rectangulaires superposées, une plaque couvercle (391) comportant les liaisons électriques ; une plaque support de membrane (392) comportant une membrane transversale portant sur chacune de ses deux faces des transducteurs piézo-électriques (43, 51), une plaque d'amenée de liquides colorés (393) comportant des canaux (45, 46) de distribution de liquides colorés dans une ou plusieurs chambres axiales (47) et une plaque inférieure (394) comportant des canaux (48, 48a, 48b, 49) d'arrivée de gaz comprimé et d'injection de celui-ci dans des buses (50) d'éjection de liquide coloré.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte des joints d'étanchéité (58) intercalés entre lesdites plaques, le long des bords de celles-ci et en ce que les parties centrales desdites plaques sont appliquées directement l'une contre l'autre et lesdits canaux (46, 48a, 48b) de distribution de liquide coloré et d'air comprimé sont usinés à cheval sur la jonction de deux plaques.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que ledit chariot porte un dispositif d'analyse de forme (12) qui est déplaçable ligne par ligne devant un subjectile courbe et qui permet de relever et de mettre en mémoire les coordonnées des points du subjectile suivant ledit troisième axe (XX′) et ledit porte-outils (13) est entraîné en rotation autour de deux axes parallèles audit premier axe (YY′) et au deuxième axe (ZZ′).
12. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit poste de commande comporte une unité de création et d'analyse d'images (18) qui permet de faire de la conception de graphismes assistée par ordinateur, et/ou de relever et de transmettre à l'unité centrale (21) les coordonnées des points desdits graphismes afin de produire automatiquement ceux-ci sur des subjectiles (1).
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