(57)【要約】【課題】複数の制御信号に応答して被加工物の表面を修正するための組立体を提供する。【解決手段】本組立体は、複数の工具と複数の変位機構とを含む。複数の工具は、被加工物の表面を修正するように構成される。複数の変位機構は各々、制御信号の少なくとも１つに応答して工具のそれぞれの１つを被加工物上の実質的に同一の経路に沿って変位させるように配置される。本発明の別の実施形態では、複数の制御信号に応答して被加工物の表面を修正するための組立体が提供される。本組立体は、被加工物の表面を修正するように構成された複数の工具と、複数の変位機構とを含み、各変位機構は、制御信号の少なくとも１つに応答して被加工物上の実質的に同一の経路に沿って工具のそれぞれの１つを変位させるように配置される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の制御信号に応答して被加工物の表面を修正するための組立体であって、
前記被加工物の表面を修正するように構成された複数の工具と、
前記制御信号の少なくとも１つに応答して、座標系において前記被加工物に対して前記複数の工具を変位させるように配置された少なくとも１つの第１の変位機構と、
前記第1の変位機構によって支持された複数の第２の変位機構と、を含み、
前記第２の変位機構が、前記制御信号の少なくとも１つに応答して、前記複数の工具の各々を独立して前記被加工物に対して変位させるように構成される、
組立体。
【請求項２】
前記第２の変位機構が、前記第１の変位機構よりも高い周波数応答の能力がある、請求項１記載の組立体。
【請求項３】
前記第２の変位機構が、１つ又はそれ以上の群として配置される、請求項１記載の組立体。
【請求項４】
前記第２の変位機構が、少なくとも１つの制御信号を供給され、
各第２の変位機構に供給された前記制御信号が、その群内の他の第２の変位機構の前記信号と同様であり、
各制御信号が、その群内の各第２の変位機構について被加工物位置の関数としての前記制御信号が同様になるように、時間的にオフセットされる、
請求項３記載の組立体。
【請求項５】
前記複数の第２の変位機構の各々が、アクチュエータを含み、
前記アクチュエータが、圧電アクチュエータ又は音声コイルを含む、
請求項１記載の組立体。
【請求項６】
前記第１の変位機構が、前記制御信号に応答して第１の方向及び第２の方向に前記第２の変位機構を変位させて前記被加工物に沿って多数の離散的経路を形成するように構成される、請求項１記載の組立体。
【請求項７】
前記被加工物が、円筒形ドラムを含み、
前記第１の方向が、前記ドラムの軸線の周りで角度変位θに沿っており、
前記第２の方向が、前記ドラムの軸線に沿っている、
請求項６記載の組立体。
【請求項８】
前記被加工物が、ほぼ平面の表面を含み、
前記第１の方向及び第２の方向が、互いにほぼ直交する、
請求項６記載の組立体。
【請求項９】
前記離散的経路の少なくとも１つが、環状である、請求項６記載の組立体。
【請求項１０】
前記離散的経路の少なくとも１つが、らせん状経路である、請求項６記載の組立体。
【請求項１１】
前記第２の変位機構の少なくとも１つの位置を検出するように配置されたセンサユニットをさらに含み、
前記センサユニットが、前記第２の変位機構の検出した位置を示す位置信号をコントローラに提供し、
前記コントローラが、前記センサユニットから前記位置信号を受けるように配置されたフィードバック制御ユニットを含み、
前記コントローラが、前記位置信号に応答して前記複数の制御信号の少なくとも１つを調整する、
請求項１記載の組立体。
【請求項１２】
前記フィードバック制御ユニットが、
前記センサユニットから前記位置信号を受けかつ該位置信号をデジタル位置信号に変換するように配置されたアナログ−デジタル変換器ユニットと、
前記デジタル位置信号を受けかつ該デジタル位置信号に基づいて前記複数の制御信号の少なくとも１つを調整するように配置されたフィードバックコントローラ回路と、を含む、
請求項１１記載の組立体。
【請求項１３】
前記複数の制御信号の少なくとも１つが、ランダム又は疑似ランダム関数によって形成される、請求項１記載の組立体。
【請求項１４】
前記複数の工具の少なくとも１つが、切削工具である、請求項１記載の組立体。
【請求項１５】
第１の座標の組において前記被加工物に対して前記切削工具を変位させるための手段をさらに含み、
前記切削工具が、第１の方向及び第２の方向に変位されて前記被加工物に沿って多数の離散的経路を形成する、
請求項１４記載の組立体。
【請求項１６】
前記被加工物に対して前記第２の変位機構を変位させるための手段をさらに含み、
前記手段が、各離散的経路上に少なくとも２つのパスを構成するための手段を含み、
特定の経路上の各パスが、前記第２の変位機構の変位において実質的に同一である、
請求項９記載の組立体。
【請求項１７】
複数の制御信号に応答して被加工物の表面を修正するための組立体であって、
前記被加工物の表面を修正するように構成された複数の工具と、
複数の変位機構と、を含み、
各変位機構が、前記制御信号の少なくとも１つに応答して前記被加工物上の実質的に同一の経路に沿って前記工具のそれぞれの１つを変位させるように配置される、
組立体。
【請求項１８】
各変位機構に供給される前記制御信号が、互いに同様でありかつ互に時間的にオフセットされる、請求項１７記載の組立体。
【請求項１９】
前記複数の変位機構が、円筒形被加工物の周りで半径方向に配置された前記工具を、該円筒形被加工物に沿った実質的に同一の軸方向位置に沿って支持するように構成される、請求項１７記載の組立体。
【請求項２０】
前記複数の変位機構の各々が、前記制御信号に応答して第１の変位を行うように構成された第１の変位機構と前記制御信号に応答して第２の変位を行うように構成された第２の変位機構とを含み、
前記第１の変位機構が、前記第２の変位機構を支持する、
請求項１７記載の組立体。
【請求項２１】
前記第２の変位機構が、同一の第１の変位機構によって支持される、請求項１７記載の組立体。
【請求項２２】
前記第２の変位機構が、円筒形被加工物の周りで半径方向に配置された前記工具を、該円筒形被加工物に沿った実質的に同一の軸方向位置に沿って支持するように構成される、請求項２１記載の組立体。
【請求項２３】
各工具が、切削工具又は材料堆積工具の少なくとも１つを含む、請求項１７記載の組立体。
【請求項２４】
各工具が、単結晶ダイヤモンド工具、ダイヤモンド被覆工具、レーザ彫刻工具、高速フライス加工工具、フライ切削工具又は放電加工工具の少なくとも１つを含む、請求項２３記載の組立体。
【請求項２５】
各工具が、前記切削工具を含み、
前記変位機構が、前記制御信号の少なくとも１つに応答して前記実質的に同一の経路に沿って前記工具を前記被加工物内に漸次より深く変位させるように配置される、請求項２３記載の組立体。
【請求項２６】
各工具が、前記材料堆積工具を含み、
前記変位機構が、前記制御信号の少なくとも１つに応答して前記実質的に同一の経路に沿って前記工具を前記被加工物から漸次より離れる方向に変位させるように配置される、請求項２３記載の組立体。
【請求項２７】
複数の制御信号に応答して被加工物の表面を修正するための組立体であって、
前記被加工物の表面を修正するように構成された第１の群の工具と、
前記被加工物の表面を修正するように構成された第２の群の工具と、
前記制御信号の少なくとも１つに応答して前記被加工物上の実質的に同一の第１の経路に沿って前記第１の群の工具のそれぞれの１つを変位させるようにその各々が配置された第１の群の変位機構と、
前記制御信号の少なくとも１つに応答して前記被加工物上の実質的に同一の第２の経路に沿って前記第２の群の工具のそれぞれの１つを変位させるようにその各々が配置された第２の群の変位機構と、
を含む組立体。
【請求項２８】
群内の各変位機構に供給される制御信号が、互いに同様でありかつ互いに時間的にオフセットされる、請求項２７記載の組立体。
【請求項２９】
前記第１の群の変位機構が、円筒形被加工物の周りで半径方向に配置された前記第１の群の工具を、該円筒形被加工物に沿った実質的に同一の第１の軸方向位置に沿って支持するように構成され、
前記第２の群の変位機構が、前記円筒形被加工物の周りで半径方向に配置された前記第２の群の工具を、該円筒形被加工物に沿った実質的に同一の第２の軸方向位置に沿って支持するように構成され、
前記第１の軸方向位置が、前記第２の軸方向位置とは異なる、
請求項２７記載の組立体。
【請求項３０】
前記第１の群の変位機構の各々が、前記制御信号に応答して第１の変位を行うように構成された第１の変位機構と前記制御信号に応答して第２の変位を行うように構成された第２の変位機構とを含み、
前記第１の変位機構が、前記第２の変位機構を支持し、
前記第２の変位機構が、同一の第１の変位機構によって支持される、
請求項２７記載の組立体。
【請求項３１】
前記第２の変位機構が、円筒形被加工物の周りで半径方向に配置された前記第１の群の工具を、該円筒形被加工物に沿った実質的に同一の軸方向位置に沿って支持するように構成される、請求項３０記載の組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的には工具装置及び工具制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被加工物の表面における構造を修正するための工具は、公知である。例えばコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）旋盤又はフライス盤は、被加工物に対する切削工具の変位を制御することによって被加工物内に溝を機械加工することができる。そのようなシステムは、ダイヤモンド結晶のような超硬工具を使用する。他の工具は、アブレーション、アグロメレーション又はその他のプロセスによって基板を修正するためにレーザを使用する。さらに他の工具は、基板を修正するために放電加工を使用し、或いは基板表面にインク又は他の材料を塗布するために圧電素子を使用する。
【０００３】
一般的な用法では、被加工物は、ドラムの表面上に取り付けられるか又はドラム表面に対して結合される。ドラムは、切削工具を被加工物内にかつ被加工物に沿っての両方で変位させながら回転するように制御される。
【０００４】
幾つかのＣＮＣ旋盤又はフライス盤は、切削工具を被加工物に沿ってかつ被加工物内に変位させるように直交軸線に沿って移動する１対の比較的大型のスライドを含む。回転式ドラム支持で使用するケースでは、切削工具を変位させる方向の１つは、ドラムの回転軸線に沿った方向であり、他の方向は、被加工物内への方向である。
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第１９６２１４０６号公報
【特許文献２】ドイツ特許出願公開第１０２２５５１０号公報
【特許文献３】ドイツ特許出願公開第２６４５５８１号公報
【特許文献４】欧州特許出願公開第１２３８７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
他のＣＮＣ旋盤又はフライス盤は、例えば被加工物に対して切削工具を変位させる圧電アクチュエータを備えた高速工具サーボ（ＦＴＳ）を含む。圧電アクチュエータは、受けた制御信号に基づいて切削工具を変位させ、切削工具は、被加工物に対して該被加工物内に又は該被加工物の表面に対して横方向にのいずれかに変位される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの実施形態によると、複数の制御信号に応答して被加工物の表面を修正するための組立体を提供し、本組立体は、被加工物の表面を修正するように構成された複数の工具と、制御信号の少なくとも１つに応答して、座標系において被加工物に対して複数の工具を変位させるように配置された少なくとも１つの第１の変位機構と、第1の変位機構によって支持された複数の第２の変位機構とを含み、第２の変位機構は、制御信号の少なくとも１つに応答して、複数の工具の各々を独立して被加工物に対して変位させるように構成される。
【０００７】
本発明の別の実施形態によると、複数の制御信号に応答して被加工物の表面を修正するための組立体を提供する。本組立体は、被加工物の表面を修正するように構成された複数の工具と、複数の変位機構とを含み、各変位機構は、制御信号の少なくとも１つに応答して被加工物上の実質的に同一の経路に沿って工具のそれぞれの１つを変位させるように配置される。
【０００８】
本発明の別の実施形態によると、複数の制御信号に応答して被加工物の表面を修正するための組立体を提供する。本組立体は、被加工物の表面を修正するように構成された第１の群の工具と、被加工物の表面を修正するように構成された第２の群の工具と、制御信号の少なくとも１つに応答して被加工物上の実質的に同一の第１の経路に沿って第１の群の工具のそれぞれの１つを変位させるようにその各々が配置された第１の群の変位機構と、制御信号の少なくとも１つに応答して被加工物上の実質的に同一の第２の経路に沿って第２の群の工具のそれぞれの１つを変位させるようにその各々が配置された第２の群の変位機構とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明の現時点で好ましい実施形態を詳細に参照する。可能な場合には常に、図面の全体を通して同一の又は類似の部品を示すために同一の参照符号を使用する。
【００１０】
本発明は、マスタ表面のような被加工物の表面上に確定的又は無作為構造又は特徴形状を形成するために適用可能である。
【００１１】
本発明者は、被加工物の表面を修正する工具の組立体を実装し、該工具の工具変位機構を該変位機構の各々による個々の変位が互いに同期化されるようにする必要性があることに気付いた。同期化は、例えば単一の変位機構を制御するために一般的に送られる同一の組の制御信号に基づくものとすることができる。
【００１２】
そのような同期化は、同一の工具経路上に複数パスを構成することができ、その場合工具の横方向変位位置がパスの各々について実質的に同一である機械加工工具システムを可能にする。従って、工具を用いて被加工物内に形成した特徴形状は、良好な精度で形成することができる。例えば、工具は、被加工物内に溝を切削するように作動する切削工具とすることができる。一般的に、行われる変位は、角度変位、直線変位又はその組合せとすることができる。
【００１３】
複数の工具は、単一の工具を使用するのに比較して、処理速度を増大させかつ工具使用量を減少させる。さらに、被加工物を修正するのに複数の工具が使用されるので、各個々の工具についての被加工物当たりの工具摩耗が、減少する。同一の経路上を通過する複数同期工具を使用することは、各工具についての摩耗を減少させるだけでなく、実質的に同一の工具経路上に複数パスを構成する単一の工具が遭遇する熱ドリフトのようなパス間ドリフトを最小にする。
【００１４】
工具の２つ又はそれ以上を実質的に同一の経路上を通過するように制御する場合には、これらの工具は群に属するものとして考えられる。群内の各工具は、順次に１回又はそれ以上の回数ほど同一の経路上を通過することができる。加えて、組立体内には、１つよりも多い群を設けることができる。
【００１５】
図１及び図２は、本発明の実施形態による工具の組立体を説明するドラム形被加工物を示す。ドラム１１０は、長さＬ及び半径ｒを有する。ドラム１１０は、スピンドル支持体１３０上のスピンドル１１１によってその軸線１１２の周りで角度方向θ（１２６）に沿って回転させることができる。個々の二次（第２の）工具変位機構１１５、１１６、１１７及び１１８は、その上に二次工具を配置したシェルフ１１４を支持する直線スライド１１３によってｚ軸に沿った軸線１１２に沿って軸方向に移動させることができる。このケースでは、直線スライド１１３、シェルフ１１４及びスピンドル１１１は、第１の変位機構を構成する。二次工具変位機構は各々、各工具１２２、１２３、１２４及び１２５を半径方向１２０及び軸方向（ｚ軸に沿った）１１９に移動させる。このスライド動作１２１は、ｚ軸に沿うものとすることができる。工具１２２、１２３、１２４及び１２５は、変位機構によって１つ又は複数の経路１３１に沿って追従するように制御される。
【００１６】
図３及び図４は、本発明の別の実施形態による工具の組立体を説明するドラム形被加工物を示し、ここでは同じ参照符号が同一の部品を示す。図１及び図２の実施形態は、ドラム軸線が垂直である組立体を示すが、図３及び図４の実施形態は、ドラム軸線が水平である組立体を示す。
【００１７】
図５は、らせん状経路パターン及び２つの工具群を使用する本発明の実施形態による工具の組立体を説明するドラム形被加工物を示す。ドラム２１０は、長さＬ及び半径rを有する。ドラム２１０は、軸線２１２の周りで角度方向２１３に沿って回転させ、かつ第１の変位機構（図５には図示せず）によって二次工具変位機構２１５、２１６、２１７、２１８、２１９及び２２０に対して軸方向２１４に変位させることができる。第１の群に属する工具２１５、２１６及び２１７は、ドラム表面２２４上の第１の公称らせん状経路２２１に沿って移動し、第２の群に属する工具２１８、２１９及び２２０は、ドラム表面２２４上の第２の公称らせん状経路２２２に沿って移動する。工具が追従する公称経路は、らせん状経路に限定されるものではなく、例えば環状又は直線状或いは幾つかの他の経路とすることができる。さらに、工具が追従する実際の経路は、一般的に公称経路とは別のものとすることができる。この点に関して、群内の工具は、例えば公称経路に対して横方向に変位させるように制御することができる。
【００１８】
幾つかのケースでは、これらの二次工具変位機構の各々は、切削工具を保持することができる。加えて、各群内の各後続の二次工具変位機構は、ドラムに対して半径方向内向きにオフセットさせることができる。このようにして、各群内の各工具によって、漸次より多くの材料が、ドラム表面から取り除かれる。
【００１９】
別のケースでは、これらの二次工具変位機構の各々は、材料堆積工具を保持することができる。このケースでは、各群内の各後続の二次工具変位機構は、ドラムに対して半径方向外向きにオフセットさせることができる。このようにして、各群内の各工具によって、漸次より多くの材料が、ドラム表面に付加される。
【００２０】
幾つかの用法では、第２の変位機構は、第１の変位機構よりも高い周波数応答の能力があることが好ましい。第２の変位機構のより高い周波数動作は、より低い周波数動作に同期化されるので、複数の尺度を備えた表面構造が、従来型の制御信号を用いて遙かに高速度で形成することができる。従って、形成された微細構造は、より大きな変化幅を有することができる。
【００２１】
図６は、本発明の実施形態による組立体の一部として使用する第１の変位機構（スピンドル駆動装置３２２及びスライド３２４）と共に単一の二次工具変位機構の詳細結線図である。この実施例では、単一の二次工具変位機構は、以下の説明を簡潔にするためにバラバラに分離している。本発明の完全な実施形態における組立体は、複数の二次工具変位機構を含むことができる。
【００２２】
組立体３００は、被加工物３１０を含む。被加工物３１０は、図６に示すような回転ドラムを含むことができる。それに代えて、被加工物支持体は、実質的に平面の表面を含むことができ或いは幾つかの他の幾何学形状を有することができる。
【００２３】
組立体３００は、被加工物３１０の表面に向う又は表面から離れる方向に、従ってあらゆる被加工物に向ってまた被加工物内に或いはあらゆる被加工物から離れる方向に変位するように構成された工具３１２を含む。工具３１２はまた、被加工物３１０の表面に対して横方向に変位することができる。被加工物３１０がドラムであるケースでは、工具は、ドラムの軸線に沿って、加えて軸線に直角な横方向に変位させることができる。
【００２４】
組立体３００は、被加工物に対して工具３１２を変位させるように配置された第１の変位機構を有する。第１の変位機構は、制御信号に応答して被加工物に対して工具３１２を変位させる。マシンコントローラ３１９から発せられた制御信号は、被加工物３１０がドラムであるケースにおける旋盤インタフェースのようなマシンインタフェース３２０を通して伝えられる。制御信号は、マシンコントローラ３１９のマシンエンコーダ又はレゾルバ（図示せず）からのデジタル信号とすることができ、例えばマシンエンコーダ用として公知のＧコード及びＭコードの形態とすることができる。制御信号は、ＴＴＬ方形波パルス又はアナログ正弦波の形態とすることもできる。
【００２５】
第１の変位機構は、例えばスピンドル駆動装置３２２及びスライド３２４を含むことができる。スピンドル駆動装置３２２は、その軸線の周りで角度変位θ（角度変位θを示す図１を参照）に沿って被加工物３１０を第１の方向に駆動する。スライド３２４は、被加工物３１０の軸線に沿って工具３１２を変位させる。スピンドル駆動装置３２２及びスライド３２４の両方の移動は、マシンコントローラ３１９からの制御信号に基づいて制御される。第１の変位機構は、例えばＰｒｅｃｉｔｅｃｈ，Ｍｏｏｒｅ  Ｎａｎｏｔｅｃｈ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｏｒ  Ｃｒａｎｅｆｉｅｌｄ製のＣＮＣ旋盤システムのようなＣＮＣ旋盤システムの一部とすることができる。
【００２６】
組立体３００は、被加工物に対して工具３１２を変位させるように配置された第２の変位機構を有する。第２の変位機構は、マシンインタフェース３２０から発せられた制御信号に応答して被加工物に対して工具３１２を変位させる。この制御信号は、第１の変位機構の制御に使用された制御信号と同一の組からのものとすることができる。
【００２７】
第２の変位機構は、第２の座標の組において被加工物に対して工具３１２を変位させる。例えば、ドラムである被加工物３１０の場合には、第２の座標の組は、ドラムの軸線に沿った方向（ｚ軸）、軸線から半径方向に離れる又は軸線に向う方向（ｙ軸）、及び／或いはｙ軸及びｚ軸に直角な方向（ｘ軸）を含むことができる（図１を参照）。
【００２８】
第２の変位機構は、第１の変位機構よりも高い周波数応答の能力があることが好ましい。第２の変位機構のより高い周波数動作は、より低い周波数動作に同期化されるので、複数の尺度を備えた表面構造が、従来型の制御信号を用いて遙かに高速度で形成することができる。従って、形成された微細構造は、より大きな変化幅を有することができる。
【００２９】
第２の変位機構は、例えば少なくとも１つの圧電増幅器３３２及び圧電アクチュエータ３３４のようなＦＴＳを含むことができる。少なくとも１つの圧電アクチュエータ３３４は、第１の方向に切削工具を変位させるように構成された第１の圧電アクチュエータ３３４ａと、第１の方向とは異なる第２の方向に切削工具を変位させるように構成された第２の圧電アクチュエータ３３４ｂと（図７を参照）を含むことができる。第１及び第２の方向は、互いに直交するものとすることができ、例えばｙ軸（被加工物内に又は被加工物から外に）とｘ軸（被加工物の表面に沿うがドラム軸線に対して直角な）とに沿うものとすることができる。それに代えて、方向は、必ずしも直交する必要はない。
【００３０】
組立体３００はまた、制御信号を受け、かつ第１の変位機構による切削工具３１２の変位を第２の変位機構による切削工具の変位に同期化させるように構成されたコントローラ３４０を含むことができる。
【００３１】
コントローラ３４０は、変位決定ユニット３４４、複数のデジタル−アナログ変換器３４６（図８参照）を含むことができるデジタル−アナログ変換器３４７、経路カウンタユニット３４８、及びフィードバック制御ユニット３５３を備えた電子制御ユニット３４２を含む。それに代えて、変位決定ユニット３４４、デジタル−アナログ変換器３４７、経路カウンタユニット３４８及びフィードバック制御ユニット３５３の１つ又はそれ以上は、電子制御ユニット３４２から分離することができる。電子制御ユニット３４２は、例えばｄＳＰＡＣＥによって提供されるＤＳ１１０３ＰＰＣコントローラボードのようなｄＳＰＡＣＥシステム、又はＩｎｎｏｖａｔｉｖｅ  ＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎからのＣｈｉｃｏＰｌｕｓ又はＴＯＲＯのようなデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）とすることができる。
【００３２】
任意選択的に、コントローラ３４０は、マシンインタフェース３２０のマシンエンコーダから位置制御信号を受け、制御信号の周波数を第２の方向においてｎ倍に乗算するように機能し、かつ乗算した周波数の制御信号を変位決定ユニット３４４に送るｎＸエンコーダ乗算／除算器のようなｎＸ信号乗算／除算器３５４を含むことができる。一般的に、ｎは、１よりも大きいか又は１よりも小さい。ｎが１よりも大きい場合には、ｎＸエンコーダ乗算／除算器は、増大した周波数が入力周波数のｎ倍になるように制御信号の周波数を増大させるように機能する。このケースでは、ｎＸ信号乗算／除算器は、変位決定ユニット３４４によって処理される第２の方向における点の数の分解能を増大させる。一方、ｎが１よりも小さい場合には、ｎＸ信号乗算／除算器は、低下した周波数がここでも入力周波数のｎ倍になるように制御信号の周波数を低下させるように機能する。このケースでは、ｎＸエンコーダ乗算／除算器は、変位決定ユニット３４４によって処理される第２の方向における点の数の分解能を低下させる。ｎは、例えば２よりも大きいか又は２に等しい、例えば４のような整数とすることができる。しかしながら、ｎは、整数である必要はなく、従ってｎＸエンコーダ乗算／除算器は、配分率変換を行うことができる。
【００３３】
ｎＸ信号乗算／除算器３５４の機能の実施例は、以下の通りである。ｎＸ信号乗算／除算器３５４が４Ｘ信号乗算器であり、また位置信号がドラムのθ方向に沿った円周方向の５０００点に対応すると仮定する。換言すれば、第１の変位機構のθ方向における分解能は、５０００点である。ｎＸ信号乗算／除算器３５４は、位置信号の周波数を入力周波数の４倍に増大させるように作用する。この周波数の増大は、例えばドラムに沿った円周方向の点の数を補間によって２００００点まで増大させ、それによって変位決定ユニット３４４によって決定を下される点の分解能を増大させ、従って第２の変位方向における２００００点に増大させる。増大した周波数の信号は次に、変位決定ユニット３４４に供給され、またさらに以下に説明するように少なくとも１つのスイッチ３６０を起動させるように作用する。
【００３４】
ｎＸ信号乗算／除算器３５４に対してｎを選定することにより、組立体３００に対するある程度の調整選択性が得られる。より低いｎの場合には、分解能は低下するが、被加工物に沿った特定の経路において処理することが必要となる点がより少なくなるので、組立体３００の機械加工速度が増大する。一方、より高い分解能、従ってより高い正確度が望ましい場合には、機械加工速度を犠牲にしてより大きなｎを選択することができる。
【００３５】
任意選択的に、コントローラ３４０は、電気的隔離をもたらし、マシンインタフェース３２０からトリガ信号を受けかつそのトリガ信号を経路カウンタユニット３４８に送る光学的インタフェース３５６を含むことができる。マシンインタフェース３２０からの制御信号のトリガ信号は、第１の変位機構の起動を指示する。
【００３６】
経路カウンタユニット３４８は、切削工具３１２が作動している現在経路を決定するように構成される。経路カウンタユニット３４８は、マシンインタフェース３２０からの制御信号に基づいて、具体的には制御信号のトリガ信号に基づいてこの機能を実行する。被加工物支持体３１０が回転ドラムであるケースでは、経路は、被加工物内に切り込まれることになるリングに対応することになり、経路カウンタユニット３４８は、リングナンバのトラックを保持する。
【００３７】
変位決定ユニット３４４は、第２の座標の組において切削工具の目標変位を決定し、決定した目標変位に基づいて目標変位デジタル信号を提供する。変位決定ユニット３４４は、ｎＸ信号乗算／除算器３５４からの乗算した周波数制御信号と経路カウンタユニット３４８により決定された現在経路とに基づいてこの決定を行う。従って、経路カウンタユニット３４８は、変位決定ユニット３４４に現在経路を知らせる。例えば機械加工速度をより高くするような制御信号の周波数の増大が望ましくない場合には、変位決定ユニット３４４は、それらの周波数を増大されていない状態で制御信号を受けることができ、ｎＸ信号乗算／除算器３５４を省略することができる。
【００３８】
増大した周波数の制御信号（又は、分解能の増大を望まない場合には、制御信号そのもの）は、第１の変位機構の座標の１つ又はそれ以上に沿った位置に関するものであるが分解能が増大した（又は低下した）情報を提供する。一例として、被加工物３１０が、ｚ軸（回転軸線）に沿ったかつθ方向における変位を与える第１の変位機構を備えた回転ドラムであり、また機械加工ツール３００が４Ｘ信号乗算／除算器を含むと仮定する。また、ドラムの周りでのθ方向における点の数が第１の変位機構において５０００点であり、また制御信号が、θ方向に沿った１０００番目の点（第１の点からドラムの周りで約１／５周）が第１の変位機構における現在点であることを示していると仮定する。４Ｘ信号乗算／除算器３５４は、第１の座標の組（第１の変位機構の）における点毎に対して第２の座標の組（第２の変位機構の）における４つの点に対応する増大した周波数を提供し、従って１０００番目の点の周辺に４つの点をもたらす。変位決定ユニット３４４は、ドラムの周りでの位置を示すこれらの４点の１つを示す乗算した周波数信号と現在経路（又は、リング）とを使用し、第２の変位機構に対応する第２の座標の組における工具の目標変位を決定する。
【００３９】
説明の目的で、現在点が現在角度θｃｕｒに対応し、また現在経路がｐｃｕｒであると仮定する。また、第２の座標の組が、ｙ２及びｚ２によって与えられると仮定する。変位決定ユニット３４４は、第２の座標の組における目標変位を、ｙ２＝ｆｙ２（θｃｕｒ，ｐｃｕｒ）及びｚ２＝ｆｚ２（θｃｕｒ，ｐｃｕｒ）として決定することになり、ここでｆｙ２（θｃｕｒ，ｐｃｕｒ）及びｆｚ２（θｃｕｒ，ｐｃｕｒ）は、θｃｕｒ及びｐｃｕｒの関数である。換言すれば、第２の座標の組における目標変位は、制御信号によって示されるような第１の座標の組における変位の関数である。
【００４０】
変位決定ユニット３４４は、決定した目標変位に基づいて目標変位デジタル信号を提供する。複数のデジタル−アナログ変換器３４６は、変位決定ユニット３４４から目標変位デジタル信号のそれぞれを受けかつその目標変位デジタル信号を目標変位アナログ信号に変換するように構成される。
【００４１】
変位決定ユニット３４４は、ｎＸ信号乗算／除算器３５４から乗算した周波数の制御信号を受けた時に、急いで変位を計算することによって目標変位を決定することができる。このケースでは、目標変位決定ユニット３４４は、所望に応じて目標変位を計算するための適切なソフトウェア又はファームウェアを備えたプロセッサを含むことができる。それに代えて、目標変位を事前計算することができ、目標変位の事前計算値は、外部から変位決定ユニット３４４で受けることができる。目標変位は、事前計算しかつ変位決定ユニット３４４の外部のメモリ内に保管し、乗算した周波数の制御信号を受けた時に変位決定ユニット３４４内にデータストリームすることができる。
【００４２】
任意選択的に、組立体３００は、変位決定ユニット３４４から受けた目標変位デジタル信号のそれぞれに対応するアナログ信号をいずれのデジタル−アナログ変換器３４６が発するかを交互に切り替えるように構成された少なくとも１つのスイッチ３６０を含むことができる。少なくとも１つのスイッチ３６０は、例えばゲートを含むことができる。少なくとも１つのスイッチ３６０は、制御信号に基づいて、例えばｎＸ信号乗算／除算器３５４からの乗算した周波数の制御信号に基づいて、いずれのデジタル−アナログ変換器３４６が目標変位アナログ信号のそれぞれを発するかを交互に切り替える。目標変位アナログ信号は、フィルタ３６２によってフィルタ処理され、圧電増幅器３３２に送られる。
【００４３】
組立体３００はまた、必要に応じて目標変位制御信号を調整するために、位置センサ３７０及びセンサ増幅器３７２を備えたセンサユニット３７１と、アナログ−デジタル変換器３５１及びフィードバック制御回路３５０を備えたフィードバック制御ユニット３５３とを含むことができる。位置センサユニット３７１は、切削工具３１２の位置を検出しかつ検出した切削工具３１２の位置を示す位置信号をフィードバック制御ユニット３５３に提供するように配置される。フィードバック制御ユニット３５３は、所望に応じてセンサ増幅器３７２によって増幅された位置信号を受けかつその位置信号に基づいて目標変位デジタル信号を調整するように配置される。アナログ−デジタル変換器３５１は、センサ増幅器３７２からの位置信号をデジタルに変換しかつデジタル位置信号をフィードバック制御回路３５０に供給する１つ又はそれ以上のアナログ−デジタル変換器を含む。フィードバック制御回路３５０は、結合器３４５において目標変位信号を補正するためのフィードバック信号を提供する。フィードバック制御は、圧電アクチュエータの圧電材料のヒステリシス及びクリープ現象を補正するのに役立ち、従って正確な工具の移動を強化する。
【００４４】
図９は、複数の第２の変位機構７３０及びそれぞれの工具７１２を備えた組立体７００の結線図である。第２の変位機構７３０及びそれぞれの工具７１２は、図９に３つの群として示すＧ１、Ｇ２及びＧ３のような群Ｇｉの形態で配置することができる。当然のことながら、群の数は、３つ以外とすることができ、一般的には１つ又はそれ以上とすることができる。第２の変位機構７３０は、図６に示すアクチュエータ３３４及び増幅器３３２と同様な方式でアクチュエータ及び増幅器を含むことができる。組立体７００は、例えばＣＮＣマシンコントローラのようなマシンコントローラ７１９を含む。マシンコントローラ７１９は、第１の変位機構（図９には図示せず）を制御するための並びに第２の変位機構７３０を制御するための例えばＧコード又はＭコードのような制御信号を提供する。
【００４５】
制御信号は、同期レートコンバータ７５４（図６のｎＸエンコーダ乗算／除算器３５４のような）に提供され、同期レートコンバータは、マシンコントローラ７１９から制御信号を受け、受けた制御信号の周波数に１よりも大きいか又は１よりも小さい数ｎを乗算しかつ乗算した制御信号を多数の変位決定ユニット７４４に送るように機能する。変位決定ユニット７４４の各々は、図９に示す群Ｇ１、Ｇ２及びＧ３のそれぞれに対応することができる。
【００４６】
図６の変位決定ユニット３４４と同様な方式の変位決定ユニット７４４は、第２の変位機構７３０の第２の座標の組における工具の目標変位を決定し、その決定した目標変位に基づいて目標変位信号を提供する。例えば機械加工速度をより高くするような制御信号の周波数の増大が望ましくない場合には、変位決定ユニット７４４は、それらの周波数を増大されていない状態で制御信号を受けることができ、同期レートコンバータ７５４を省略することができる。
【００４７】
変位決定ユニット７４４は各々、目標変位の波形を保管する波形記憶ユニット７４５を含むことができる。波形は、制御信号によって示されたような第１の座標の組（第１の変位機構の）の関数としての第２の座標の組における目標変位に対応する。波形記憶ユニット７４５の代りに、変位決定ユニット７４４は、目標変位を急いで計算することができる。各変位決定ユニット７４４は、１つ又はそれ以上の信号オフセットユニット７６０に目標変位信号を供給し、それら信号オフセットユニット７６０は、信号に対する時間的オフセット及び必要な場合にはゲインを第２の変位機構７３０のために生成する。
【００４８】
信号オフセットユニット７６０の各々は、受けた目標変位信号に対して、信号オフセットユニット７６０のそれぞれの変位機構に対して適切である時間的オフセット及びゲインを与える。信号オフセットユニット７６０はまた、開ループ又は閉ループ法を用いて各変位機構の周波数応答の差を補正することができる。特定のオフセット量は通常、被加工物に対する工具の配置により決まることになるが、群内の全ての工具７１２は被加工物上の実質的に同一の経路を通るようにすることになる。群内に１つよりも多い第２の変位機構７３０が存在するケースでは、群内の各信号についての第２の変位機構に送られる制御信号は、時間的オフセット以外は本質的に同一とすることができる。
【００４９】
一例として、被加工物は、群当たり４つの工具７１２及び変位機構７３０を有するドラムとすることができ、各群内の４つの工具７１２は、ドラムの周りに漸次９０度だけオフセットさせて連続して配置される（図２を参照）。このケースでは、時間的オフセットは、群内の第１の工具と該第１の工具が通った経路を実質的に通る第２の工具との間の時間的オフセットの差が、ドラムが９０度回転するのに要す時間に等しくなるようにすべきである。さらに進むと、経路を通る第３の工具及び第４の工具は、ドラムがそれぞれ１８０度及び２７０度回転するのに要す時間だけ第１の工具から時間的にオフセットされることになる。このようにして、群内の工具の各々が通る経路は、実質的に同一になる。
【００５０】
信号オフセットユニット７６０はまた、それぞれに見合ったものとして目標変位信号に対してゲインを与えることができる。与えられたゲインは、必要に応じて、工具７１２のあらゆる異なる応答性を考慮するように群内の工具の各々について異なるものとすることができる。
【００５１】
マシンコントローラ７１９、同期レートコンバータ７５４、変位決定ユニット７４４、波形記憶ユニット７４５及び信号オフセットユニット７６０は全て、同一のコントローラの一部とすることができ、或いは異なるコンポーネント内に分離することができる。例えば、Ｔｏｒｏ  ＤＳＰのようなＤＳＰコントローラを使用する場合には、変位決定ユニット７４４、波形記憶ユニット７４５及び信号オフセットユニット７６０の機能を、単一のコントローラ内に組み込むことができる。別の代替形態として、変位決定ユニット７４４、波形記憶ユニット７４５及び信号オフセットユニット７６０の機能は、Ｔｗｅｌｖｅ  Ｎｏｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ製のＳＯＮＡＲソフトウェアのような適切なソフトウェアで制御される、Ｅｄｉｒｏｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＥｄｉｒｏｌ  ＦＡ−１０１  Ａｕｄｉｏ  Ｃａｐｔｕｒｅ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅのような単一のコンポーネントによって実行することができる。このケースでは、外部同期レートコンバータ及びマシンコントローラが、使用されることになる。Ｄｅｌｔａ  Ｔａｕ  Ｄａｔａ  Ｓｙｓｔｅｍｓ製のＰＭＡＣ（プログラム可能多軸コントローラ）ＰＣ／１０４、又はＧａｌｉｌ  Ｍｏｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ製のＰＣ−１０４モーションコントローラのようなモーションコントローラを使用する場合には、マシンコントローラ７１９、同期レートコンバータ７５４、変位決定ユニット７４４、波形記憶ユニット７４５及び信号オフセットユニット７６０の全ての機能は、そのコントローラによって全て実行することができる。
【００５２】
一般的に、以上から分かるように、マシンコントローラ７１９、同期レートコンバータ７５４、変位決定ユニット７４４、波形記憶ユニット７４５及び信号オフセットユニット７６０の機能は、ハードウェア及びソフトウェアの様々な組合せによって実行することができる。さらに、一般的には、コンポーネント間を流れる信号は、アナログ又はデジタル或いはアナログ及びデジタルの組合せとすることができる。
【００５３】
さらに、波形記憶ユニット７４５は、個別の記憶ユニットである必要ななく、単一の記憶ユニットとすることができる。
【００５４】
組立体７００はまた、図６に示す位置センサユニット３７１、フィードバック制御ユニット３５３及びフィードバック制御回路３５０と同様な方式で位置センサとフィードバック制御回路を備えたフィードバック制御ユニットと（図９には図示せず）を含むことができる。フィードバック制御ユニットは、変位決定ユニット７４４、波形記憶ユニット７４５及び信号オフセットユニット７６０の機能を含むコントローラの一部とすることができる。それに代えて、フィードバック制御ユニットは、例えばマシンコントローラ７１９の一部とすることができる。
【００５５】
組立体内で使用する個々の工具は、単結晶ダイヤモンド又はダイヤモンド被覆工具、レーザ彫刻工具、放電加工工具、高速フライス加工工具、フライ切削工具、材料堆積工具又はあらゆる他の工具のような超硬工具或いは工具の組合せとすることができる。この工具には、アブレーション、アグロメレーション、相変化によって基板を修正する工具、或いはインク又は他の材料を基板に塗布するために圧電素子を使用する工具が含まれる。
【００５６】
公称工具経路は、直線状、円形状又は環状、らせん状或いはあらゆる他の工具経路とすることができる。無作為変化又は確定的変化或いはそのあらゆる組合せを含む経路上での変化もまた、使用することができる。これらの変化は、第１の変位機構、第２の変位機構又はそのあらゆる組合せに適用することができる。さらに、上記の実施形態の多くは各群内に１つよりも多い工具が存在するような工具群を説明したが、工具は、群の１つ又はそれ以上が１つのみの工具を有するように、グループ化することもできる。
【００５７】
本発明は、多数の異なる用途に適用可能である。例えば、ディフューザ、太陽電池パネル、反射器、輝度強化フィルム及び熱／質量移動制御表面を含む用途において微細構造を機械加工することができる。例えば、薄膜太陽電池用途の場合には、光トラップ作用をもたらすテクスチャード加工（機械加工による）ＴＣＯ／ガラス／金属基板を形成することができる。角度選択鏡面反射鏡もまた、形成することができる。
【００５８】
特定の第１及び第２の座標の組は、特定の用途に応じて決まることになる。形成した構造は、振幅、位相、周期及び周波数の１つ又はそれ以上における変化を有することができる。
【００５９】
本発明の実施形態では、ＦＴＳのような第２の変位機構の高周波数動作がより低い周波数動作と同期化されるので、複数尺度を有する表面構造を、従来型の制御信号を用いて遙かに高速度で形成することができる。形成した微細構造は、より大きな変化幅を有する。複数の反復可能パスの形態でこれらの構造を機械加工することにより、高品質な表面仕上げが生成される。
【００６０】
本発明を詳細にかつその特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく本発明において様々な変更及び修正を加えることができることは、当業者には明らかであろう。従って、本発明の広さ及び技術的範囲は、上記の例示的な実施形態のいずれかによって制限されるべきものではなく、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態による垂直ドラム形被加工物及び組立体の概略側面図。
【図２】図１の垂直ドラム形被加工物及び組立体の概略正面図。
【図３】本発明の別の実施形態による水平ドラム形被加工物及び組立体の概略側面図。
【図４】図３の水平ドラム形被加工物及び組立体の概略平面図。
【図５】本発明の実施形態によるドラム形被加工物及び２つの群を備えた組立体の概略図。
【図６】本発明の実施形態による組立体内で使用する単一の二次工具変位機構の詳細結線図。
【図７】２つの圧電アクチュエータ及び増幅器を備えた図６の単一の二次工具変位機構の第２の変位機構の概略図。
【図８】図６の単一の二次工具変位機構のデジタル−アナログ変換器及び単一のスイッチを示す結線図。
【図９】本発明の実施形態による複数の第２の変位機構及び工具を含む組立体を示す結線図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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