[发明专利]用于在3D表面上进行高精度打印的系统和方法

说明书

提供了一种用于在3D表面上打印图像的方法和系统，其中控制打印机器人以首先执行编码器图案捕捉运行。在此运行期间，机器人的打印头被控制以跟踪在3D表面上可能会稍微变形的编码器图案，同时来自固定在打印头上的惯性数据测量单元的惯性数据连同从由安装在打印头上的照相机捕捉的编码器图案的一部分的图像中导出的方向和位置数据被存储。接下来，在打印运行期间，控制打印头以使得照相机第二次跟踪编码器图案，同时基于在编码器图案捕捉运行期间存储的惯性、和方向以及位置数据来调整打印头的打印和/或打印头的位置。

技术领域

本发明涉及一种使用安装在定位设备的端部上的一个或多个打印头在3D(三维)表面，特别是弯曲的3D表面上进行高精度打印的系统和方法。

背景技术

美国专利申请号15/044,764(通过引用并入本发明)描述了一种液体应用系统，包括：至少一个打印头，其包括：第一液体喷射器，用于在表面上沉积着色液体；第二液体喷射器，用于在表面上沉积液体；以及至少一个图像采集设备；多个可操作地耦合到至少一个打印头的可致动元件；以及打印头控制器，其可通信地耦合到第一液体喷射器、第二液体喷射器、多个可致动元件和至少一个图像采集设备，其中打印头控制器被适配成：将第一液体喷射器与表面的第一部分上的编码器图案对齐，该对齐至少部分地基于从至少一个图像采集设备接收的图像数据；使第一液体喷射器选择性地将着色液体作为图形条带(swath)跨表面的第一部分上的编码器图案的至少一部分沉积；以及使第二液体喷射器选择性地将液体作为编码器图案沉积在表面的第二部分上。一旦已经在表面上以足够的精度打印了带有初始编码器图案的条带，已知系统就提供用于对抗振动和保持后续条带与初始编码器图案对齐的机制。然而，当打印第一编码器图案时，打印头经受结构振动，这可能导致第一编码器图案的失真，该失真可传播到所打印的图像。为了准确打印图像而没有明显失真，应至少部分地考虑此类结构振动。

本发明的目的是提供一种系统和方法，该系统和方法允许应用于要打印图像的表面的编码器图案被用于在弯曲表面上的高精度打印。

发明内容

为此，根据第一方面，本发明提供了一种用于使用如下组件将图像打印到物体(诸如飞行器)的三维弯曲表面上的方法：打印机器人，其包括基座；由基座支撑且可相对于基座移动的臂；打印头，其具有耦合到打印介质源的多个喷嘴，该臂承载打印头，其中该打印头适配成基于控制信号来喷射打印介质，并且可相对于基座在至少六个移动自由度内移动，用于引起打印头沿该弯曲表面的相对移动，打印机器人进一步包括布置在臂的端部并且适配成捕捉弯曲表面的图像的照相机；内部位置确定系统，其包括多个传感器，用于确定打印头相对于基座的位置和方向；以及惯性测量单元(IMU)，其相对于打印头固定并适配成在打印头上提供惯性数据；该方法包括以下步骤：在编码器图案捕捉运行期间：以如下方式控制打印机器人跨表面的第一条带移动打印头：使得照相机跟踪表面上的初始编码器图案，以及在打印头移动期间，在存储器中将由IMU测量的惯性数据连同相对于所述初始编码器图案的、从由照相机在移动期间捕捉的初始编码器图案的各部分导出的所述照相机的相关联位置和方向数据存储在一起；以及在打印运行期间：以如下方式控制打印机器人跨第一条带移动打印头：使得照相机跟踪表面上的初始编码器图案，以及以如下方式控制打印头的移动并控制喷嘴将打印介质喷射到表面上以在表面上打印图像的一部分：使得基于在编码器图案捕捉运行期间存储在存储器中的惯性数据和照相机的相关联位置数据来调整所述部分相对于初始编码器图案的方向和/或位置。

通常，构成初始编码器图案的不同部分将有点失真，例如，初始编码器图案的主轴将不会沿着要被打印的图像的表面上的直线完全对齐。除了以非线性方式稍微失真之外，初始编码器还可以例如，由于在打印初始编码器图案期间打印头相对于表面的速度的变化被拉伸或压缩。

在现有技术的系统中，当表面上的初始编码器图案失真时，随后在跟踪编码器图案的同时在表面上打印的图像将以类似方式失真。例如，如果初始编码器图案应沿表面上的直线延伸，但沿曲线轻微失真地施加，则打印图像的上边缘将基本上平行于曲线，并且失真可通过打印图像传播。如果在表面上施加图案期间，初始编码器图案通过拉伸而失真，则图像的上边缘将以类似方式拉伸。