(57)【要約】【課題】１回の加工で加工可能な範囲よりも広いワークの被加工領域に一連の加工を行う場合に、高い加工精度で加工可能な加工装置の制御方法及び加工装置を提供する。【解決手段】制御部は、各ステージを移動させることでワークＷと工具架台１２の固定台１３に固定された工具１１とを相対移動させて固定台１３に固定された工具１１による加工を実行させる第１加工工程を実行する。制御部は、第１加工工程の実行後に第１相対位置を変位センサ３３に測定させる測定工程を実行する。制御部は、変位センサ３３に第２相対位置を測定させ、第１相対位置と第２相対位置とが一致するように調整する調整工程を実行する。制御部は、調整工程の実行後に各ステージを移動させることでワークＷとチルト装置１４に固定された工具１１とを相対移動させ、チルト装置１４に固定された工具１１による加工を実行させる第２加工工程を実行する。【選択図】図１
2017045314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを固定するワーク架台と、ワークを加工する工具と、前記工具を固定する工具架台と、前記工具架台と前記ワーク架台のいずれか一方に配設され、他方を測定することで前記工具のワークに対する位置を測定する工具測定部と、前記ワーク架台及び前記工具架台のうち少なくとも一方を移動させて、前記工具をワークに対して相対的に移動させる移動機構と、を備える加工装置の制御方法において、
制御部が、
前記移動機構を移動させることでワークと前記工具架台の第１固定部に固定された工具とを相対移動させて前記第１固定部に固定された工具による加工を実行させる第１加工工程と、
前記第１加工工程の実行後に前記第１固定部に固定された工具のワークに対する位置である第１相対位置を前記工具測定部に測定させる測定工程と、
前記工具測定部に前記工具架台の第２固定部に固定された工具のワークに対する位置である第２相対位置を測定させ、前記第１相対位置と前記第２相対位置とが一致するように前記移動機構に調整させる調整工程と、
前記調整工程の実行後に前記移動機構を移動させることでワークと前記第２固定部に固定された工具とを相対移動させ、前記第２固定部に固定された工具による加工を実行させる第２加工工程と、を実行する、
ことを特徴とする加工装置の制御方法。
【請求項２】
前記制御部は、前記調整工程において、前記第１相対位置と前記第２相対位置とを比較し、予め設定する閾値内となった場合に、前記第１相対位置と前記第２相対位置とが一致したと判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の加工装置の制御方法。
【請求項３】
前記移動機構の位置を測定する位置測定部をさらに備える前記加工装置の制御方法において、
前記制御部は、
前記第１加工工程の実行後に、前記第２加工工程の開始時に工具のワークに対する位置である第２加工開始位置となる待機位置に前記第１固定部に固定された工具を移動させる第１移動工程と、
前記待機位置において前記位置測定部に測定させた前記移動機構の位置と、前記測定工程を実行する場合における前記第１固定部に固定された工具の位置である第１相対位置において前記位置測定部に測定させた前記移動機構の位置と、から前記第１固定部に固定された工具を前記待機位置から前記第１相対位置まで移動させる場合における移動量を算出する移動量算出工程と、
前記調整工程の実行後に前記第２固定部に固定された工具の位置である第２相対位置における前記移動機構の位置を前記位置測定部に測定させる第２位置測定工程と、
前記移動量算出工程で算出した移動量と、前記第１相対位置において前記位置測定部に測定させた前記移動機構の位置と前記第２相対位置における前記移動機構の位置との差と、を用いて前記第２固定部に固定された工具を前記第２相対位置から前記第２加工開始位置まで移動させる第２移動工程と、を実行する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の加工装置の制御方法。
【請求項４】
前記工具測定部は、一方向からワークに対する前記工具の位置を測定する相対位置測定部を少なくとも１つ有し、
前記制御部は、前記測定工程及び前記調整工程において、前記相対位置測定部によって測定可能な方向の前記工具の位置を用いてワークに対する前記工具の位置を測定する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の加工装置の制御方法。
【請求項５】
前記制御部は、前記測定工程及び前記調整工程において、前記工具測定部によって前記工具の少なくとも２自由度の直交方向の位置と、少なくとも２自由度の傾きと、を同時に測定し、少なくとも４ヶ所で前記工具の位置を測定する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の加工装置の制御方法。
【請求項６】
前記調整工程における移動機構は、前記工具を移動可能な方向と平行な軸を中心に前記工具を回転可能なテーブルを含む、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の加工装置の制御方法。
【請求項７】
前記移動機構の位置を測定する位置測定部をさらに備える前記加工装置の制御方法において、
前記調整工程における移動機構は、前記工具を移動可能な方向と垂直な軸を中心に前記ワークを回転可能なテーブルを含む、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の加工装置の制御方法。
【請求項８】
前記第１相対位置において前記位置測定部に測定させた前記移動機構の位置及び前記第２相対位置において前記位置測定部に測定させた前記移動機構の位置は、前記ワークに対する前記工具の傾き角度を含む、
ことを特徴とする請求項７に記載の加工装置の制御方法。
【請求項９】
前記第１相対位置における前記工具の傾き角度と前記第２相対位置における前記ワークに対する前記工具の傾き角度の差が小さくなるように、前記テーブルを回転させて前記ワークを回転させた後、前記工具を前記ワークに対して相対的に移動させて加工する、
ことを特徴とする請求項８に記載の加工装置の制御方法。
【請求項１０】
ワークを固定するワーク架台と、ワークを加工する工具と、前記工具を固定する工具架台と、前記工具架台と前記ワーク架台のいずれか一方に配設され、他方を測定することで前記工具のワークに対する位置を測定する工具測定部と、前記ワーク架台及び前記工具架台のうち少なくとも一方を移動させて、前記工具をワークに対して相対的に移動させる移動機構と、を有する加工機と、前記加工機を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記移動機構を移動させることでワークと前記工具架台の第１固定部に固定された工具とを相対移動させて前記第１固定部に固定された工具による加工を実行し、
前記第１固定部に固定された工具のワークに対する位置である第１相対位置を前記工具測定部によって測定し、
前記工具測定部によって前記工具架台の第２固定部に固定された工具のワークに対する位置である第２相対位置を測定し、前記第１相対位置と前記第２相対位置とが一致するように前記移動機構によって調整し、
前記移動機構を移動させることでワークと前記第２固定部に固定された工具とを相対移動させ、前記第２固定部に固定された工具による加工を実行する、
ことを特徴とする加工装置。
【請求項１１】
前記移動機構は、Ｘ軸方向に前記ワークを移動可能なＸステージと、Ｙ軸方向に前記工具を移動可能なＹステージと、Ｚ軸方向に前記ワークを移動可能なＺステージと、前記Ｙ軸と平行な軸を中心に前記工具を回転可能なテーブルを有する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の加工装置。
【請求項１２】
前記移動機構は、Ｘ軸方向に前記ワークを移動可能なＸステージと、Ｙ軸方向に前記工具を移動可能なＹステージと、Ｚ軸方向に前記ワークを移動可能なＺステージと、前記Ｘ軸と平行な軸を中心に前記ワークを回転可能なテーブルを有する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の加工装置。
【請求項１３】
前記工具測定部は、変位計から構成される、
ことを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のいずれか１項に記載の加工装置。
【請求項１４】
前記工具は、前記工具測定部によって測定される基準器を有し、
前記基準器は、前記移動機構が移動可能な方向に直交する面を少なくとも１つ有する、
ことを特徴とする請求項１０乃至請求項１３のいずれか１項に記載の加工装置。
【請求項１５】
前記基準器は、少なくとも一部が線膨張係数が５．０×１０−６［１／Ｋ］以下である、
ことを特徴とする請求項１４に記載の加工装置。
【請求項１６】
前記工具は、少なくとも一部が線膨張係数が５．０×１０−６［１／Ｋ］以下である、
ことを特徴とする請求項１０乃至請求項１５のいずれか１項に記載の加工装置。
【請求項１７】
前記工具架台は、少なくとも一部が線膨張係数が５．０×１０−６［１／Ｋ］以下である、
ことを特徴とする請求項１０乃至請求項１６のいずれか１項に記載の加工装置。
【請求項１８】
前記工具は、工具ホルダを介して前記第１固定部及び前記第２固定部に固定可能に構成され、
前記工具ホルダは、少なくとも一部が線膨張係数が５．０×１０−６［１／Ｋ］以下である、
ことを特徴とする請求項１０乃至請求項１７のいずれか１項に記載の加工装置。
【請求項１９】
請求項１０乃至請求項１８のいずれか１項に記載の加工装置によってワークを加工することにより部品を製造する部品の製造方法。
【請求項２０】
前記部品は、光学素子の金型である、
ことを特徴とする請求項１９に記載の部品の製造方法。
【請求項２１】
前記部品は、光学素子である、
ことを特徴とする請求項２０に記載の部品の製造方法。
【請求項２２】
前記光学素子は、回折格子である、
ことを特徴とする請求項２１に記載の部品の製造方法。
【請求項２３】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の各工程をコンピュータに実行させるための加工制御プログラム。
【請求項２４】
請求項２３に記載の加工制御プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークを加工する加工装置を制御する加工装置の制御方法及び加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学部品を成形する金型等の加工においては、加工装置が有する移動機構の移動精度が加工精度に直接影響している。該加工装置が工具によってワークに加工を行う際には、１回の加工によって加工可能な範囲が、ワークに対する工具の相対的な移動量によって決められている。工具によって加工されるワークの領域である被加工領域に一連の加工を実行する際に、該被加工領域が１回の加工で加工可能な範囲以上である場合には、被加工領域を分割し、分割した領域（以下、「分割領域」と記載）ごとに加工を行う必要がある。また、ワークの被加工領域を分割し分割領域ごとに加工を行うことで１回の加工で加工可能な範囲以上の範囲に一連の加工をするためには、１回の加工で加工可能な範囲以上の有効可動範囲を持つ移動機構を備える必要がある。しかしながら、加工装置において移動機構の可動範囲を大きくすると、装置が大型化し移動精度が低下することで、ひいては加工精度が低下してしまう。
【０００３】
大型な移動機構を備える加工装置において加工精度を維持する方法としては、試し加工によって分割領域のそれぞれに加工を実行した際に生じる誤差を事前に計測し、該誤差を補正することで加工精度を維持する方法（特許文献１参照）が提案されている。特許文献１に開示された加工装置では、ワークの被加工領域に形成する直線溝を、１回の加工で工具が移動可能な範囲以上の範囲に形成するために、試し加工を実行する。特許文献１に開示された加工装置が実行する試し加工においては、まず、ワークの被加工領域を１回の加工で工具が移動可能な範囲ごとに分割し、分割領域の１つに１回目の加工を実施する。次いで、１回目の加工の終了地点から２回目の加工を開始可能な位置、つまり１回目の加工を行った分割領域に隣接する分割領域に工具及びワークを移動させ、２回目の加工を開始することで、ワークの被加工領域に一連の直線溝を形成する。そして、試し加工後に１回目の加工の終了地点と２回目の加工の開始地点との間に生じた誤差を光学顕微鏡や電子顕微鏡等による画像を用いて測定する。測定した誤差を補正して試し加工後の加工（以下、「本加工」と記載）を実行することで、１回目の加工と２回目の加工との間に生じる誤差の解消を目指している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１０８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された発明の加工方法において、光学顕微鏡によって取得される画像では、測定可能な誤差の分解能に限界がある。また、電子顕微鏡によって取得される画像ではナノメートルの単位で誤差を測定可能であるが、電子顕微鏡自体が大掛かりな装置であるため、誤差を測定するために必要なコストが高くなってしまう。また、加工装置を構成する各要素の温度変化や、移動機構の移動量を計測するセンサ等の安定性の影響により、試し加工の実行時と本加工の実行時とでは、ワークと工具の位置関係が僅かに変化する虞がある。つまり、電子顕微鏡を用いてナノメートルの単位で誤差を測定し補正したとしても、ワークと工具の位置関係の変化の影響を受けてしまう可能性がある。このため、特許文献１に記載された発明の加工方法では、ワークの被加工領域を分割し分割領域ごとに加工を行うことでワークの被加工領域のすべてに一連の加工する場合に、例えばナノメートルの単位等の高い加工精度で加工することは困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、１回の加工で加工可能な範囲よりも広いワークの被加工領域に一連の加工を行う場合に、高い加工精度で加工可能な加工装置の制御方法及び加工装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る加工装置の制御方法は、ワークを固定するワーク架台と、ワークを加工する工具と、前記工具を固定する工具架台と、前記工具架台と前記ワーク架台のいずれか一方に配設され、他方を測定することで前記工具のワークに対する位置を測定する工具測定部と、前記ワーク架台及び前記工具架台のうち少なくとも一方を移動させて、前記工具をワークに対して相対的に移動させる移動機構と、を備える加工装置の制御方法において、制御部が、前記移動機構を移動させることでワークと前記工具架台の第１固定部に固定された工具とを相対移動させて前記第１固定部に固定された工具による加工を実行させる第１加工工程と、前記第１加工工程の実行後に前記第１固定部に固定された工具のワークに対する位置である第１相対位置を前記工具測定部に測定させる測定工程と、前記工具測定部に前記工具架台の第２固定部に固定された工具のワークに対する位置である第２相対位置を測定させ、前記第１相対位置と前記第２相対位置とが一致するように前記移動機構に調整させる調整工程と、前記調整工程の実行後に前記移動機構を移動させることでワークと前記第２固定部に固定された工具とを相対移動させ、前記第２固定部に固定された工具による加工を実行させる第２加工工程と、を実行する、ことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る加工装置は、ワークを固定するワーク架台と、ワークを加工する工具と、前記工具を固定する工具架台と、前記工具架台と前記ワーク架台のいずれか一方に配設され、他方を測定することで前記工具のワークに対する位置を測定する工具測定部と、前記ワーク架台及び前記工具架台のうち少なくとも一方を移動させて、前記工具をワークに対して相対的に移動させる移動機構と、を有する加工機と、前記加工機を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記移動機構を移動させることでワークと前記工具架台の第１固定部に固定された工具とを相対移動させて前記第１固定部に固定された工具による加工を実行し、前記第１固定部に固定された工具のワークに対する位置である第１相対位置を前記工具測定部によって測定し、前記工具測定部によって前記工具架台の第２固定部に固定された工具のワークに対する位置である第２相対位置を測定し、前記第１相対位置と前記第２相対位置とが一致するように前記移動機構によって調整し、前記移動機構を移動させることでワークと前記第２固定部に固定された工具とを相対移動させ、前記第２固定部に固定された工具による加工を実行する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、工具測定部によって工具のワークに対する位置を直接的に測定することで、加工装置を構成する各要素の温度変化や移動機構の移動量を計測するセンサの安定性等の影響を受けることなく高い精度で工具のワークに対する位置を測定できる。つまり、第１相対位置と第２相対位置とのいずれにおいても高い精度で工具のワークに対する位置を測定可能に構成されている。このため、第１加工工程と第２加工工程とを含む一連の加工において、調整工程で第１相対位置と第２相対位置とを一致させることで、第１加工工程の終了地点から第２加工工程の開始地点に移行する際に生じる誤差を低減し、高い加工精度で加工できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態の加工装置を示す概略図。
【図２】第１の実施形態の制御部の構成を示すブロック図。
【図３】第１の実施形態の加工装置の加工制御プログラムを示すフローチャート。
【図４】（ａ）は、第１の実施形態の加工装置の第１加工工程の開始時の状態を示す正面図、（ｂ）は、加工装置の第１加工工程中の状態を示す正面図、（ｃ）は、加工装置の第１加工終了時の状態を示す正面図。また、（ｄ）は、加工装置において工具を第１固定部から第２固定部に移設した状態を示す正面図、（ｅ）は、加工装置の第２加工工程の開始時の状態を示す正面図、（ｆ）は、加工装置の第２加工工程中の状態を示す正面図。
【図５】第１の実施形態の加工装置における工具の動作経路を示す概略図。
【図６】（ａ）は、第１の実施形態の加工装置が第１相対測定を実行する際の工具のワークに対する位置を示す概略図、（ｂ）は、調整工程が完了した場合における工具のワークに対する位置を示す概略図。
【図７】（ａ）は、第１の実施形態の加工装置において第１加工工程の終了後における工具の動作経路と位置とを示すベクトル図、（ｂ）は、加工装置において第２加工工程の開始前における工具の動作経路と位置とを示すベクトル図。
【図８】（ａ）は、第１の実施形態の加工装置の変形例において、工具ホルダを固定台に固定した状態を示す側面図、（ｂ）は、加工装置の変形例において、工具ホルダをチルト装置に固定した状態を示す側面図。
【図９】第２の実施形態の加工装置を示す概略図。
【図１０】第２の実施形態の制御部の構成を示すブロック図。
【図１１】第２の実施形態の加工装置の加工制御プログラムを示すフローチャート。
【図１２】（ａ）は、第２の実施形態の加工装置の前段加工工程の開始時の状態を示す正面図、（ｂ）は、加工装置の前段加工工程中の状態を示す正面図、（ｃ）は、加工装置の工具を移設した状態を示す正面図。また、（ｄ）は、加工装置において各移動ステージを第２相対位置に移動した状態を示す正面図、（ｅ）は、加工装置の後段加工工程の開始時の状態を示す正面図、（ｆ）は、加工装置の後段加工工程終了時の状態を示す正面図。
【図１３】（ａ）は、第２の実施形態の加工形状を示す概略図、（ｂ）は、第２の実施形態の加工において許容できない誤差が生じた状態を示す概略図。
【図１４】第２の実施形態の加工装置における工具の動作経路を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係る第１の実施の形態を図１乃至図７に沿って説明する。図１は、本実施形態に係る加工装置の概略構成を示す概略図である。
【００１２】
加工装置１は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交する３軸の移動ステージを有する加工機１０と、加工機１０の動作を制御する制御部３０（図２参照）と、を備えている。加工機１０は、工具１１とワークＷとを相対的に移動させる移動機構として、Ｘ軸方向にワークＷを移動可能なＸステージ２１と、Ｙ軸方向に工具１１を移動可能なＹステージ２２と、Ｚ軸方向にワークＷを移動可能なＺステージ２３と、を有している。Ｘステージ２１、Ｙステージ２２及びＺステージ２３は、各ステージの移動距離を測定する位置測定部としての測長センサ３１ｘ，３１ｙ，３１ｚ（図２参照）と、各ステージを移動させるアクチュエータ３２ｘ，３２ｙ，３２ｚ（図２参照）と、を有している。
【００１３】
加工機１０は、不図示の装置ベースに配設されたＹステージ２２にＹ軸と平行な軸を中心に回転可能な移動機構としてのＢ軸テーブル２４が搭載されている。このＢ軸テーブルは、工具１１を移動可能な方向と平行な軸を中心に工具１１を回転可能なテーブルである。Ｂ軸テーブル２４は、Ｂ軸テーブル２４の回転角度を測定する回転角センサ３４（図２参照）と、Ｂ軸テーブル２４を回転させる回転アクチュエータ３５（図２参照）と、を有している。また、Ｂ軸テーブル２４には、工具１１を固定する工具架台１２が搭載されている。工具架台１２には、Ｘ軸方向一方側に第１固定部としての固定台１３が配設され、Ｘ軸方向他方側に第２固定部としてのチルト装置１４が配設されている。固定台１３は、工具ホルダ１５が取り付けられるＹ軸方向の位置が、チルト装置１４に工具ホルダ１５を取り付ける場合のＹ軸方向の位置と略同一となるように、Ｙ軸方向の厚さが設定されたスペーサとなっている。チルト装置１４は、工具１１が取り付けられた場合に、Ｘ軸を中心軸とするθＸ方向と、Ｚ軸を中心軸とするθＺ方向と、の２方向の姿勢調整を実行可能な移動機構でもある。チルト装置１４は、例えば内部に有するピエゾ素子に電圧が加えられることで工具１１の姿勢調整を実行する。なお、チルト装置１４は、ピエゾ素子を有する構成に限らず、工具１１のθＸ方向とθＺ方向との２方向の姿勢調整が可能な構成であればよい。
【００１４】
工具１１は、工具ホルダ１５を介して固定台１３及びチルト装置１４に不図示のネジにより締結固定可能に構成されている。また、工具１１には、工具ホルダ１５のＺ軸方向上方に基準器１６が配設されている。基準器１６は、後述する変位センサ３３ａ〜３３ｆによりワークＷに対する工具１１の相対的な位置及び姿勢を測定する際の被測定物である。基準器１６は、Ｘ軸に直交する垂直面１６ａ、Ｙ軸に直交する垂直面１６ｂ及びＺ軸に直交する垂直面１６ｃの３面を有する直方体形状に形成されている。基準器１６の垂直面１６ａ〜１６ｃは、それぞれλ／２０以下の面精度まで研磨されている。ここで、面精度とは、干渉計によって波面を測定することで求められる値であり、値λは、干渉計で使われるＨｅ−Ｎｅレーザの波長λ＝６３２．８［ｎｍ］である。
【００１５】
また、基準器１６は、例えば低熱膨張セラミックや低熱膨張ガラス等の熱膨張率の低い材料（以下、「低熱膨張材」と記載）から構成されており、より詳しくは、線膨張係数が５×１０−６［１／Ｋ］以下の材料から構成されている。また、工具ホルダ１５も低熱膨張材から構成されている。このため、加工機１０は、ワークＷへの加工を実行する加工空間内の温度変化に伴う工具ホルダ１５及び基準器１６の熱膨張による変形を低減し、工具１１及び基準器１６の一体性を維持することができる。工具１１及び基準器１６の一体性が維持されることで、加工装置１は、変位センサ３３ａ〜３３ｆによって基準器１６を測定することで工具１１のワークＷに対する位置及び姿勢を測定可能に構成されている。
【００１６】
なお、工具１１のワークＷに対する位置がＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の３方向で特定することで、工具１１のワークＷに対する姿勢も特定できることから、以下の記載においては、工具１１のワークＷに対する位置及び姿勢を合わせて位置とも記載する。
【００１７】
加工機１０は、Ｘステージ２１上にワークＷが固定されており、Ｘステージ２１が本実施形態におけるワーク架台を構成している。Ｘステージ２１は、不図示の装置ベースに配設されたＺステージ２３上に搭載されている。このため、加工機１０は、アクチュエータ３２ｘを駆動しＸステージ２１をＸ軸方向に移動することで、ワークＷをＸ軸方向に移動できる。また、加工機１０は、アクチュエータ３２ｚを駆動しＺステージ２３をＺ軸方向に移動することで、ワークＷをＸステージ２１とともにＺ軸方向に移動できる。
【００１８】
また、Ｘステージ２１には、Ｘステージ２１と一体に移動し、低熱膨張材から形成されたセンサベース２５が配設されている。センサベース２５は、Ｚ軸方向に延設された支柱２５ａと、支柱２５ａのＺ軸方向中程からＸ軸方向一方に向けて延設された第１延設部２５ｂと、支柱２５ａのＺ軸方向先端からＸ軸方向一方に向けて延設された第２延設部２５ｃと、を有している。支柱２５ａには、基準器１６のＸ軸に直交する垂直面１６ａの位置を測定する変位センサ３３ａ，３３ｂが配設されている。第１延設部２５ｂには、基準器１６のＹ軸に直交する垂直面１６ｂの位置を測定する変位センサ３３ｃが配設されている。第２延設部２５ｃには、Ｙ軸に直交する垂直面１６ｂの位置を測定する変位センサ３３ｄと、基準器１６のＺ軸に直交する垂直面１６ｃの位置を測定する変位センサ３３ｅ，３３ｆと、が配設されている。なお、以下の記載において、変位センサ３３ａ〜３３ｆを一括して変位センサ３３とも記載する。
【００１９】
センサベース２５がＸステージ２１と一体に形成されているため、加工機１０は、Ｘステージ２１及びＺステージ２３が移動する場合に、ワークＷとセンサベース２５とが一体に移動するように構成されている。また、上述した通り、センサベース２５が低熱膨張材から形成されているため、加工機１０は、加工空間内の温度変化に伴うセンサベース２５の熱膨張による変形を低減し、ワークＷと変位センサ３３の一体性を維持することができる。つまり、加工機１０においては、ワークＷとセンサベース２５に配設されている変位センサ３３ａ〜３３ｆとの位置の関係が常に一定となっている。
【００２０】
センサベース２５に配設された変位センサ３３は、基準器１６のＸ軸方向の変位、Ｙ軸方向の変位及びＺ軸方向の変位を測定することで、各方向からワークＷに対する工具１１の位置を測定可能であり、本実施形態における相対位置測定部を構成する。変位センサ３３は、例えば接触式変位計や、静電容量変位計、レーザ変位計等から構成される。本実施形態において、加工装置１は、変位センサ３３が測定した基準器１６のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の変位を利用して制御部３０（図２参照）が計算することで、θＸ，θＹ，θＺ方向の姿勢を測定している。また、変位センサ３３は、基準器１６が測定レンジ外に移動した後に、再度測定レンジ内に位置した際に測定可能に構成されている。このように、基準器１６の位置を測長センサ３１の測定値を用いずに直接的に測定することで工具１１のワークＷに対する位置を測定可能なセンサベース２５及び変位センサ３３は、工具測定部２６を構成する。
【００２１】
次に、本実施形態の制御部３０の構成を図２に沿って説明する。制御部３０は、プログラムを演算可能なＣＰＵ４１と、記憶可能な記憶部として機能するメモリであるＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３及びＨＤＤ４４と、を備えている。また、制御部３０は、各種のインタフェース４６〜６１を備えている。
【００２２】
ＣＰＵ４１には、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、ＨＤＤ４４及び各種のインタフェース４６〜６１が、バス４５を介して接続されている。例えば、ＨＤＤ４４（或いはインタフェース６１に接続され、外付けＨＤＤや不揮発性メモリ等から構成される外部記憶装置７１等であってもよい）には、ＣＰＵ４１を動作させるための各種プログラムやフィルタのデータが格納されている。
【００２３】
インタフェース４６には、Ｘステージ２１のＸ軸方向の位置を測定する測長センサ３１ｘが接続され、インタフェース４７には、Ｙステージ２２のＹ軸方向の位置を測定する測長センサ３１ｙが接続されている。また、インタフェース４８には、Ｚステージ２３のＺ軸方向の位置を測定する測長センサ３１ｚが接続されている。測長センサ３１ｘ，３１ｙ，３１ｚは、レーザスケール等の各軸方向の位置を計測可能なセンサから構成される。また、測長センサ３１ｘ，３１ｙ，３１ｚからは、各測長センサが測定した各ステージの位置に関する出力信号が送信される。なお、以下の記載において、測長センサ３１ｘ，３１ｙ，３１ｚを一括して測長センサ３１とも記載する。
【００２４】
インタフェース４９には、Ｘステージ２１をＸ軸方向に移動させるアクチュエータ３２ｘが接続され、インタフェース５０には、Ｙステージ２２をＹ軸方向に移動させるアクチュエータ３２ｙが接続されている。また、インタフェース５１には、Ｚステージ２３をＺ軸方向に移動させるアクチュエータ３２ｚが接続されている。アクチュエータ３２ｘ，３２ｙ，３２ｚは、リニアモータ等の直動可能な駆動源から構成される。また、アクチュエータ３２ｘ，３２ｙ，３２ｚは、ＣＰＵ４１からの移動命令に従って駆動し、各ステージを移動させる。なお、以下の記載において、アクチュエータ３２ｘ，３２ｙ，３２ｘを一括してアクチュエータ３２とも記載する。
【００２５】
ＣＰＵ４１は、アクチュエータ３２ｘ，３２ｙ，３２ｚを駆動する場合に、測長センサ３１ｘ，３１ｙ，３１ｚによって測定される各ステージの駆動方向の位置を計測しながらアクチュエータ３２ｘ，３２ｙ，３２ｚを駆動する。このため、ＣＰＵ４１は、Ｘステージ２１、Ｙステージ２２及びＺステージ２３をそれぞれ同期して同時に動作させることが可能となっている。
【００２６】
各種プログラムのうち、第１加工プログラム４４ａは、固定台１３に工具ホルダ１５を介して固定された工具１１によってワークＷを加工する際にＣＰＵ４１が実行するプログラムである。また、第２加工プログラム４４ｂは、チルト装置１４に工具ホルダ１５を介して固定された工具１１によってワークＷを加工する際にＣＰＵ４１が実行するプログラムである。ＣＰＵ４１は、ＨＤＤ４４に記憶されている加工用のプログラムを呼び出して実行することで、予め設定した移動動作によってアクチュエータ３２ｘ，３２ｙ，３２ｚを駆動し、工具１１によってワークＷを加工させることができる。本実施形態において、ＣＰＵ４１は、各加工用のプログラムの実行時において、アクチュエータ３２ｘ，３２ｚを駆動しＸステージ２１及びＺステージ２３を移動させることで、ワークＷの位置を移動させる。そして、ＣＰＵ４１は、工具１１の刃先がワークＷに切り込んだ状態で、アクチュエータ３２ｙを駆動しＹステージ２２を移動させることで、工具１１によるワークＷへの切削加工を実行する。
【００２７】
本実施形態の加工装置１は、第１加工プログラム４４ａの実行時において、Ｘ軸方向及びＺ軸方向にワークＷを移動するとともに、Ｙ軸方向に工具１１を移動することで、固定台１３に固定した工具１１によるワークＷへの加工を実行する。また、加工装置１は、ワークＷのＸ軸方向への移動量が第１加工プログラム４４ａで規定されている第１加工終了点となった場合に、工具１１を固定台１３からチルト装置１４に移すとともに、Ｘステージ２１を初期位置まで移動する。そして、加工装置１は、第２加工プログラム４４ｂの実行時において、Ｘ軸方向及びＺ軸方向にワークＷを移動するとともに、Ｙ軸方向に工具１１を移動することでチルト装置１４に固定した工具１１によるワークＷへの加工を実行する。
【００２８】
つまり、加工装置１は、ワークＷの被加工領域のうち長手方向がＸ軸方向に向くようにワークＷをＸステージ２１に固定することで、１回の加工においてＸステージ２１をＸ軸方向に移動可能な範囲以上の範囲に、被加工領域を設定可能に構成されている。また、加工装置１は、第１加工プログラム４４ａを実行することで加工する第１領域と、第２加工プログラム４４ｂを実行することで加工する第２領域と、にワークＷの被加工領域を分割する。そして、加工装置１は、第１加工プログラム４４ａ及び第２加工プログラム４４ｂを実行し、第１領域と第２領域とを連続して加工することで、ワークＷの被加工領域の全面に一連の加工を実行可能となっている。
【００２９】
インタフェース５２，５３には、基準器１６の垂直面１６ａを測定することで工具１１のＸ軸方向の位置を測定する変位センサ３３ａ，３３ｂが接続されている。インタフェース５４，５５には、基準器１６の垂直面１６ｂを測定することで工具１１のＹ軸方向の位置を測定する変位センサ３３ｃ，３３ｄが接続されている。インタフェース５６，５７には、基準器１６の垂直面１６ｃを測定することで工具１１のＺ軸方向の位置を測定する変位センサ３３ｅ，３３ｆが接続されている。変位センサ３３からは、各変位センサが測定した基準器１６の位置に関する出力信号が送信される。ＣＰＵ４１は、変位センサ３３によって測定された基準器１６の位置を利用して、工具１１のワークＷに対する位置及び姿勢を計算し取得する。
【００３０】
具体的には、ＣＰＵ４１は、工具１１のワークＷに対する１自由度うち、例えばＸ軸方向の位置を測定する場合、基準器１６の垂直面１６ａを測定する２つの変位センサ３３ａ，３３ｂの２つの測定値の差分を計算することで、Ｘ軸方向の位置を測定する。ＣＰＵ４１は、Ｙ軸方向の位置及びＺ軸方向の位置も、Ｘ軸方向の位置を測定する場合と同様の方法によって測定する。また、ＣＰＵ４１は、例えばθＸ方向の姿勢を測定する場合、Ｙ軸に垂直な垂直面１６ｂを測定する変位センサ３３ｃ，３３ｄの測定値又はＺ軸に垂直な垂直面１６ｃを測定する変位センサ３３ｅ，３３ｆの測定値をまず測定する。そして、ＣＰＵ４１は、測定した２つの変位センサ３３ｃ，３３ｄ又は変位センサ３３ｅ，３３ｆの測定値から傾きを算出することで、θＸ方向の姿勢を測定する。ＣＰＵ４１は、θＹ方向の姿勢及びθＺ軸方向の姿勢も、θＸ軸方向の姿勢を測定する場合と同様の方法によって測定する。
【００３１】
このように計算及び測定を実行することで、加工装置１は、工具１１の位置の測定と、姿勢の測定と、を同一の変位センサを用いることで実行することができる。なお、加工装置１は、変位センサ３３に精度の高いセンサを利用することで、基準器１６の形状によらず高精度な測定が可能となる。加工装置１は、例えば変位センサ３３として静電容量変位計等のナノメートルの単位の精度を有する変位センサを用いることで、基準器１６の形状によらずナノメートルの単位で後述する調整工程を実行することができる。
【００３２】
インタフェース５８には、Ｂ軸テーブル２４の回転角度を測定する回転角センサ３４が接続されている。回転角センサ３４は、例えばロータリエンコーダ等のＢ軸テーブル２４の回転角度を測定可能なセンサから構成され、Ｂ軸テーブル２４が回転する場合に、回転した角度をＣＰＵ４１に送信する。インタフェース５９には、Ｂ軸テーブル２４を回転させる回転アクチュエータ３５が接続されている。回転アクチュエータ３５は、例えばサーボモータ等のＢ軸テーブル２４を回転可能なアクチュエータから構成され、ＣＰＵ４１からの回転命令に従って駆動し、Ｂ軸テーブル２４を回転させる。インタフェース６０には、チルト装置１４が接続されている。ＣＰＵ４１は、チルト装置１４に電圧を供給することでチルト装置１４を駆動し、チルト装置１４に固定されている工具１１のＸ軸方向の角度θＸと、Ｚ軸方向の角度θＺと、を変更可能に構成されている。
【００３３】
次に、本実施形態における加工装置１が実行する工具１１によってワークＷを加工する制御について図３〜図７に沿って説明する。本実施形態において、加工装置１は、Ｘステージ２１の有効可動範囲Ｘｓ（図４（ｄ）参照）よりもＸ軸方向の被加工領域が大きいワークＷに対して、図３に示す加工制御プログラムを実行し、ワークＷの被加工領域の全域に加工を行う。各ステージの有効可動範囲よりも大きい被加工領域を有するワークを搭載する場合、従来、ワーク架台や、移動機構と平行な工具ステージを追加する等、装置を大型化することで剛性を高めていた。しかしながら、装置が大型化した場合には、剛性は確保できるものの自重の影響等により移動機構の精度が低下してしまい、移動機構の精度を高い精度に維持することが困難であった。本実施形態においては、図３に示す加工制御プログラムを実行することで、Ｘステージ２１の有効可動範囲ＸｓよりもＸ軸方向の被加工領域が大きいワークＷに対して、高い加工精度で加工を行う。
【００３４】
図３は、本実施形態における加工装置１が第１加工プログラム４４ａ及び第２加工プログラム４４ｂを実行する場合にＣＰＵ４１が実行する加工制御プログラムを示すフローチャートである。加工装置１は、第１加工プログラム４４ａを実行することにより、工具１１によるワークＷへの第１加工工程を実行し、第２加工プログラム４４ｂを実行することにより、工具１１によるワークＷへの第２加工工程を実行する。本実施形態の加工装置１は、図３に示す制御処理を実行することで、ワークＷを加工し製造する部品として、光学素子の金型を製造する。なお、加工装置１は、光学素子の金型の他に、図３に示す制御処理を実行して該金型から製造される光学素子を直接切削加工し、光学素子から回折格子を製造してもよい。
【００３５】
なお、図３に示すフローチャートを実行する前に、加工装置１においては、ワークＷ、工具１１及び加工液を供給する供給機構や加工時に発生する切り粉を吸い取る吸引機構等の加工補助機構の設置が行われている。また、工具１１は、基準器１６の垂直面１６ａ〜１６ｃがそれぞれＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に略垂直な姿勢となる状態（初期状態）で固定台１３に工具ホルダ１５を介して固定されている。また、加工装置１は、予め第１加工工程を開始できる位置関係となるように工具１１及びワークＷを位置させており、ＣＰＵ４１が第１加工プログラム４４ａを実行することで、ワークＷの被加工領域に対して第１加工工程を実行するようになっている。ここで、第１加工工程を開始できる位置関係である第１加工開始点は、Ｘステージ２１、Ｙステージ２２及びＺステージ２３を移動させて工具１１とワークＷとの接触位置の確認等を行い、第１加工工程を開始する際の所望の位置として予め設定される。
【００３６】
図３に示すように、加工装置１において、まずＣＰＵ４１が、ＨＤＤ４４から第１加工プログラム４４ａを読み込み（Ｓ１）、読み込んだ第１加工プログラム４４ａに従ってアクチュエータ３２を駆動し第１加工工程を実行する（Ｓ２）。ステップＳ２の処理において、ＣＰＵ４１は、第１加工開始点から第１加工工程を終了させる第１加工終了点に到達するまで、アクチュエータ３２を駆動して各ステージを移動させ、ワークＷと固定台１３に固定された工具１１とを相対移動させる。そして、ＣＰＵ４１は、固定台１３に固定された工具１１によるワークＷへの加工を実行させる。
【００３７】
ここで、図４（ａ）は、ステップＳ１の処理の実行時における工具１１のワークＷに対する相対的な位置を示す概略正面図である。また、図４（ｂ）は、ステップＳ２の処理の実行時における工具１１のワークＷに対する相対的な位置及び加工が実行された既加工部を示す概略正面図である。また、図５は、工具１１の移動経路を示す概略図である。
【００３８】
ステップＳ２において実行する第１加工工程の詳細について説明する。工具１１によるワークＷへの加工を実行する場合、図４（ｂ）及び図５に示すように、ＣＰＵ４１は、まず、アクチュエータ３２ｙを駆動する。ＣＰＵ４１は、アクチュエータ３２ｙを駆動しＹステージ２２をＹ軸方向のうち工具１１がワークＷを横断する一方向（図５中矢印１０１）に移動させることで、工具１１によってワークＷの被加工領域にＹ軸方向の溝を切削させる切削動作を実行する。次に、ＣＰＵ４１は、アクチュエータ３２ｚを駆動し、Ｚ軸方向のうちワークＷが工具１１から離隔する方向（図５中矢印１０２）にＺステージ２３を移動させる退避動作を実行する。
【００３９】
次に、ＣＰＵ４１は、アクチュエータ３２ｙを駆動しＹステージ２２をＹ軸方向のうち切削動作後の工具１１がワークＷを横断する他方向（図５中矢印１０３）に移動させる。また、ＣＰＵ４１は、アクチュエータ３２ｙと同時にアクチュエータ３２ｘも駆動し、Ｘステージ２１をＸ軸方向のうち一方向（図５中左方向）に移動する。アクチュエータ３２ｘ，３２ｙを同時に駆動することで、ＣＰＵ４１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の２方向に動かす加工位置ステップ動作を実行する。
【００４０】
そして、ＣＰＵ４１は、アクチュエータ３２ｚを駆動する。ＣＰＵ４１は、Ｚステージ２３をＺ軸方向のうちワークＷが工具１１に接近する方向（図５中矢印１０４）に移動させ、工具１１の刃先によってワークＷを切削可能な位置に工具１１とワークＷとを配置する切込動作を実行する。
【００４１】
このように、ＣＰＵ４１は、切削動作と、退避動作と、加工位置ステップ動作と、切込動作と、の４動作からなる加工動作を実行することで、ワークＷに１本の溝を形成するとともに、次の溝を形成するために切削動作を開始する位置に工具１１を配置できる。ＣＰＵ４１は、加工動作を繰り返すことで、工具１１によってワークＷの被加工領域にＹ軸方向の溝をＸ軸方向一定の間隔ごとに形成していく。
【００４２】
そして、加工動作を繰り返し実行し、第１加工終了点に到達した場合、ＣＰＵ４１は、ステップＳ２の処理を終了し、固定台１３に固定された工具１１のワークＷに対する位置を測定する第１相対測定を実行する（Ｓ３）。
【００４３】
以下、ステップＳ３の詳細について説明する。ステップＳ３の処理において、ＣＰＵ４１は、まず、アクチュエータ３２を駆動し各ステージを移動させることで、工具１１を予め設定してある第１加工工程終了後の待機位置である第１加工後待機点まで移動する。ここで、第１加工後待機点は、第１加工工程終了時における第１加工プログラム４４ａによる各ステージの動作経路と各ステージの位置との関係から規定される任意の位置であり、第１加工終了点から近い位置であることが好ましい。本明細書においては、第１加工後待機点を待機位置と称する場合がある。
【００４４】
なお、本実施形態においては、第１加工工程の終了後に連続して第２加工工程を開始すると仮定し、第２加工工程の開始時における工具１１の位置である第２加工開始点に工具１１が位置する場合における各ステージの位置を、第１加工後待機点としている。この、第２加工開始点に工具１１を移動させるステップＳ３の処理は、本実施形態における第１移動工程を構成する。
【００４５】
第１加工後待機点まで工具１１を移動した後に、ＣＰＵ４１は、測長センサ３１の測定値を第１測長センサ値（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）としてＲＡＭ４３に記憶させる。次に、ＣＰＵ４１は、基準器１６の垂直面１６ａ〜１６ｃの位置を変位センサ３３によって測定するために、アクチュエータ３２を駆動し、基準器１６が変位センサ３３の測定レンジ内に位置する第１相対位置に移動させる。また、ＣＰＵ４１は、第１相対位置に工具１１を配置した後に、測長センサ３１の測定値を第２測長センサ値（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）としてＲＡＭ４３に記憶させる。
【００４６】
第１相対位置における工具１１のワークＷに対する相対的な位置の測定状態を、図６（ａ）に示す。図６（ａ）に示すように、ＣＰＵ４１は、変位センサ３３によって固定台１３に工具ホルダ１５を介して固定された基準器１６の垂直面１６ａ〜１６ｃの位置を測定することで、工具１１のワークＷに対する相対的な位置を測定する第１相対測定を実行する。ＣＰＵ４１は、変位センサ３３によって測定された測定値を第１相対測定値（ｘ１，ｙ１，ｚ１，θｘ１，θｙ１，θｚ１）としてＲＡＭ４３に記憶させる。なお、第１相対測定において、加工装置１は、垂直面１６ａ〜１６ｃに対する変位センサ３３の測定値を同時に得るように構成されることが望ましい。
【００４７】
ここで、θｘ１，θｙ１，θｚ１は、変位センサ３３によって測定したＸ軸方向の値ｘ１と、Ｙ軸方向の値ｙ１と、Ｚ軸方向の値ｚ１と、の値を利用してＣＰＵ４１が計算することで求まる値である。具体的には、θｘ１は、工具１１のワークＷに対するＸ軸方向の傾き、θｙ１は、工具１１のワークＷに対するＹ軸方向の傾き、θｚ１は、工具１１のワークＷに対するＺ軸方向の傾きを示す値である。
【００４８】
ステップＳ３の処理を実行した後、加工装置１は、工具架台１２の固定台１３に工具ホルダ１５を介して固定されていた工具１１を、チルト装置１４に工具ホルダ１５を介して固定する（Ｓ４）。本実施形態の加工装置１は、固定台１３にネジによって締結固定されている工具１１を一度取り外し、チルト装置１４にネジによって締結固定することで、固定台１３からチルト装置１４への工具１１の移設が実行される。ステップＳ４の処理を実行することにより、加工装置１は、工具１１の位置を、図４（ｃ）に示す位置から図４（ｄ）に示す位置に移すことができる。つまり、工具１１は、Ｘ軸方向一方側（図４中右側）に移設される。
【００４９】
本実施形態においては、Ｘステージ２１が移動可能な範囲である有効可動範囲Ｘｓの２倍弱の被加工領域を有するワークＷに対して、第１加工工程と、第２加工工程と、から構成される一連の加工を実行することを想定している。そのため、加工装置１においては、固定台１３からチルト装置１４へ工具１１を移設する際の工具のＸ軸方向の移動量Ｍを、Ｘステージ２１の有効可動範囲と略同程度としている。
【００５０】
ステップＳ４の処理を実行することにより、加工装置１は、Ｘ軸方向において、Ｘステージ２１の有効可動範囲Ｘｓと、工具１１のＸ軸方向の移動量Ｍと、の合算したＸｓ＋Ｍの範囲をワークＷの被加工領域に設定可能となる。なお、加工装置１は、上述した加工動作において工具１１の動作経路に助走区間を持たせており、また、後述する調整工程においてチルト装置１４に固定した工具１１の位置を調整する際にＸステージ２１を移動させる場合がある。そのため、Ｘステージ２１の有効可動範囲Ｘｓは、Ｘステージ２１がＸ軸方向に移動可能な最大可動範囲よりも僅かに小さく設定されている。
【００５１】
次に、ＣＰＵ４１は、チルト装置１４に固定された工具１１のワークＷに対する位置を測定する第２相対測定を実行する（Ｓ５）。ステップＳ５の処理において、ＣＰＵ４１は、まず、アクチュエータ３２を駆動し、基準器１６の垂直面１６ａ〜１６ｃを変位センサ３３によって測定可能な位置まで各ステージを移動させる。そして、ＣＰＵ４１は、変位センサ３３によって垂直面１６ａ〜１６ｃの位置を測定させ、変位センサ３３によって測定された測定値を第２相対測定値（ｘ２，ｙ２，ｚ２，θｘ２，θｙ２，θｚ２）としてＲＡＭ４３に記憶させる。なお、第２相対測定において、加工装置１は、垂直面１６ａ〜１６ｃに対する変位センサ３３の測定値を同時に得るように構成されることが望ましい。
【００５２】
次に、ＣＰＵ４１は、ステップＳ３の処理で取得した第１相対位置と、ステップＳ５の処理で取得した第２相対位置と、を比較する。具体的には、ＣＰＵ４１は、第２相対測定値と第１相対位置との差分（ｘ２−ｘ１，ｙ２−ｙ１，ｚ２−ｚ１，θｘ２−θｘ１，θｙ２−θｙ１，θｚ２−θｚ１）をとることで第２相対位置と第１相対位置とを比較する。そして、ＣＰＵ４１は、第２相対測定値と第１相対測定値との差分が予め設定された閾値内に収まっているか判定する（Ｓ６）。
【００５３】
第２相対測定値と第１相対測定値との差分が閾値内ではないと判定した場合（ステップＳ６でＮｏ）、ＣＰＵ４１は、差分が小さくなる方向にアクチュエータ３２と、回転アクチュエータ３５と、チルト装置１４と、を駆動する（Ｓ７）。ステップＳ７の処理を実行した後、ＣＰＵ４１は、ステップＳ６に処理を戻す。つまり、ＣＰＵ４１は、第２相対測定値と第１相対測定値との差分が閾値内となり、第１相対位置と第２相対位置とが一致したと判定するまでステップＳ６，Ｓ７の処理を実行する。
【００５４】
ステップＳ７の処理において、ＣＰＵ４１は、アクチュエータ３２を駆動することで、差分のうちｘ２−ｘ１，ｙ２−ｙ１，ｚ２−ｚ１の３つの値が小さくなる方向に各ステージを移動させる。また、ＣＰＵ４１は、回転アクチュエータ３５を駆動することで、差分のうちθｙ２−θｙ１の値が小さくなる方向にＢ軸テーブル２４を回転させる。また、ＣＰＵ４１は、チルト装置１４を駆動することで、差分のうちθｘ２−θｘ１，θｚ２−θｚ１の値を小さくさせる。また、ＣＰＵ４１は、ステップＳ７の処理を実行する際に、ステップＳ５で実行した第２相対測定も並行して実行する。このため、ＣＰＵ４１は、ステップＳ６の処理において差分が閾値内に収まっていないと判定し、ステップＳ７の処理を実行する回数を低減することができる。
【００５５】
また、ＣＰＵ４１が差分が閾値内に収まるまでステップＳ６，Ｓ７の処理を実行するため、加工装置１においては、チルト装置１４に工具１１を移設する際に、ステップＳ６，Ｓ７の処理で調整可能な範囲内の精度で固定されればよい構成となっている。つまり、加工装置１は、ステップＳ４の処理において、チルト装置１４に固定された工具１１のワークＷに対する姿勢が固定台１３に固定されていた際の姿勢から変化してもよく、工具１１の移動量Ｍも正確さが必要とされない構成である。
【００５６】
このように、工具架台１２のチルト装置１４に固定された工具１１の第２相対位置を測定させ、第１相対位置と第２相対位置とが一致するように各移動機構を駆動するステップＳ５〜Ｓ７の処理は、本実施形態における調整工程を構成する。
【００５７】
図４（ｅ）及び図６（ｂ）は、第２相対位置と第１相対位置との差分が閾値内に収まった状態における工具１１とワークＷとの位置を示す模式図である。第２相対測定値と第１相対測定値との差分が閾値内に収まった場合には（ステップＳ６でＹｅｓ）、工具１１のワークＷに対する位置が、第１相対位置に位置していた際の工具１１のワークＷに対する位置に対して、閾値内の精度で再現できたことになる。そのため、ＣＰＵ４１は、第２加工工程を開始するためにステップＳ８の処理に移行する。ステップＳ８の処理において、ＣＰＵ４１は、ステップＳ６の処理が完了した位置を第２相対位置として記憶するとともに、測長センサ３１の値を第３測長センサ値（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）としてＲＡＭ４３に記憶する。この調整工程の終了後のチルト装置１４に固定された工具１１の位置である第２相対位置は、本実施形態における第２位置を構成する。まだ、第３測長センサ値を測定させるステップＳ８の処理は、本実施形態における第２位置測定工程を構成する。
【００５８】
次に、ＣＰＵ４１は、第２加工工程の開始点である第２加工開始点を算出し、第２加工開始点に工具１１及びワークＷが位置するように移動させる（Ｓ９）。ステップＳ９の処理において、ＣＰＵ４１は、まず、図７（ａ）に示すように、ステップＳ３の処理時に測定した第２加工開始点となる第１測長センサ値（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）をＲＡＭ４３から読み出す。また、ＣＰＵ４１は、ステップＳ３の処理時に測定した第１相対測定実行時における工具１１の位置である第１相対位置としての第２測長センサ値（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）もＲＡＭ４３から読み出し、第１測長センサ値と第２測長センサ値とを比較する。ＣＰＵ４１は、第１測長センサ値と第２測長センサ値との差分である測定時移動量（Ｘ１−Ｘ２，Ｙ１−Ｙ２，Ｚ１−Ｚ２）を算出することで、第１相対位置から第１加工後待機点までの移動量を算出する。このように、第１相対位置から第１加工後待機点までの移動量を算出するステップＳ９の処理は、本実施形態における移動量算出工程を構成する。なお、図７（ａ）、（ｂ）に示す機械座標原点は、測長センサの測定値が（０，０，０）となる位置である。
【００５９】
上述した通り、ステップＳ５〜Ｓ７の処理により、チルト装置１４に固定された工具１１のワークＷに対する位置は、固定台１３に固定された工具１１のワークＷに対する位置と閾値内の精度で再現されている。このため、第１相対位置から第２相対位置が略同一であることから、ＣＰＵ４１は、第１相対位置から第２相対位置までの距離を略０と認識している。また、ステップＳ３において、ＣＰＵ４１は、第１加工後待機点を第２加工開始点と同一の位置に設定している。
【００６０】
つまり、加工装置１は、ステップＳ３の処理で第１加工後待機点から第１相対位置まで移動させた距離と同じ距離だけ、第２相対位置から各ステージを移動させることで、第２加工開始点に工具１１及びワークＷを配置できる。このため、図７（ｂ）に示すように、ＣＰＵ４１は、第３測長センサ値（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）に測定時移動量を加算することで、第２加工開始点（Ｘ３＋Ｘ１−Ｘ２，Ｙ３＋Ｙ１−Ｙ２，Ｚ３＋Ｚ１−Ｚ２）を算出する。そして、ＣＰＵ４１は、第２加工開始点に工具１１及びワークＷが配置されるようにアクチュエータ３２を駆動し、各ステージを移動させる。このように、測定時移動量と、第１相対位置から第２相対位置までの距離と、を用いてチルト装置１４に固定された工具１１を第２相対位置から第２加工開始点まで移動させるステップＳ９の処理は、本実施形態における第２移動工程を構成する。
【００６１】
ステップＳ９の処理を実行した後、ＣＰＵ４１は、ＨＤＤ４４から第２加工プログラム４４ｂを読み込み（Ｓ１０）、読み込んだ第２加工プログラム４４ｂに従ってアクチュエータ３２を駆動し第２加工工程を実行する（Ｓ１１）。ステップＳ１１の処理において、ＣＰＵ４１は、第２加工開始点から第２加工工程を終了させる第２加工終了点に到達するまで、アクチュエータ３２を駆動して各ステージを移動させ、チルト装置１４に固定された工具１１によるワークＷへの加工を実行させる。
【００６２】
また、ステップＳ１１の処理において、ＣＰＵ４１は、図４（ｆ）に示すように工具１１がワークＷに対して相対的に移動するように各ステージを移動させ、図４（ｂ）に示したステップＳ２の処理で実行した加工動作と同様の加工動作を実行する。これにより、加工装置１は、第１加工工程における加工動作と、第２加工工程における加工動作と、からなる一連の加工を実行し、工具１１によってワークＷの被加工領域にＹ軸方向の溝をＸ軸方向一定の間隔ごとに形成することができる。そして、第２加工終了点に到達した場合に、ＣＰＵ４１は、第２加工工程を終了する。
【００６３】
以上のように、本実施形態に係る加工装置１の制御方法では、工具測定部２６によって工具１１のワークＷに対する位置を直接的に測定する。このため、加工装置１の制御方法では、加工装置１を構成する各要素の温度変化や測長センサ３１の安定性等の影響を受けることなく高い精度で工具１１のワークＷに対する位置を測定できる。つまり、加工装置１の制御方法においては、第１相対位置と第２相対位置とのいずれにおいても高い精度で工具１１のワークＷに対する位置を測定可能に構成されている。そして、本実施形態の加工装置１の制御方法においては、第１加工工程と第２加工工程との一連の加工において、調整工程で第１相対位置と第２相対位置と予め設定した閾値内で一致させる。このため、加工装置１の制御方法においては、第１加工終了点から第２加工開始点に移行する際に生じる誤差を低減し、高い加工精度で加工できる。
【００６４】
なお、本実施形態の加工装置１において、ＣＰＵ４１は、調整工程において、差分を構成するいずれの値が閾値内に収まるように、いずれの値も小さくなるように調整するが、これに限定されない。ＣＰＵ４１は、例えばｘ２−ｘ１が任意の値となるように調整するように設定されていてもよい。このように構成した場合、加工装置１は、第１相対位置と、第２相対位置と、を異なる位置に設定可能となる。つまり、加工装置１は、第１加工工程における被加工領域と、第２加工工程における被加工領域と、が隣接せず、第１加工後待機位置と第２加工開始位置とを同一に設定できない場合にも、本制御方法を用いることで高い精度で加工可能となる。
【００６５】
また、本実施形態において、ＣＰＵ４１は、第１加工後待機位置と、第１相対位置と、を異なる位置にしているが、これに限定されない。ＣＰＵ４１は、第１加工後待機位置において第１相対測定が実行可能である場合には、第１加工後待機位置において第１相対測定を実行するように構成されていてもよい。また、ＣＰＵ４１は、第２加工開始位置と、第２相対位置と、を同一の位置に設定してもよい。
【００６６】
また、本実施形態において、加工装置１は、工具１１に工具ホルダ１５を介して基準器１６を配設しているが、これに限定されない。加工装置１は、工具１１にＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に垂直な垂直面を形成することで、変位センサ３３によって工具１１に形成した垂直面を測定し、工具１１の位置を測定するように構成してもよい。
【００６７】
また、本実施形態において、加工装置１は、ワークＷを固定するＸステージ２１にセンサベース２５を介して変位センサ３３を配設しているが、これに限定されない。加工装置１は、ワークＷに変位センサ３３を配設するように構成してもよい。
【００６８】
また、本実施形態において、加工装置１は、固定台１３又はチルト装置１４に工具１１を固定する場合に、工具ホルダ１５をネジによって締結固定しているが、これに限定されない。加工装置１は、工具１１を移設する際の脱着の利便性を向上させるために、磁力による固定、真空吸引による固定又は液体を固化することによる固定等によって固定されていてもよい。
【００６９】
また、本実施形態において、加工装置１は、Ｂ軸テーブル２４に工具架台１２を搭載しているが、これに限定されない。加工装置１は、Ｂ軸テーブル２４に十分な大きさがあり、ワークＷの加工時にＢ軸テーブル２４が干渉しない場合には、Ｂ軸テーブル２４を工具架台として用いてもよい。
【００７０】
また、本実施形態において、加工装置１は、Ｘステージ２１にワークＷを固定しているが、これに限定されない。加工装置１は、Ｘステージ２１上にθＺ方向に回転可能なＣ軸テーブルを有するように構成されていてもよい。このように構成した場合、加工装置１は、Ｃ軸テーブルにワークＷが固定される。
【００７１】
また、本実施形態において、ＣＰＵ４１は、ステップＳ７の処理の実行時にステップＳ６の処理の実行後ただちに実行するように構成されているが、これに限定されない。ＣＰＵ４１は、ステップＳ６の処理の実行後に一旦変位センサ３３の測定範囲外に基準器１６を退避させてから、ステップＳ７の処理を実行するように構成されていてもよい。このように構成した場合、加工装置１は、変位センサ３３の基準器１６との接触点における摩擦の影響や、各移動機構のドリフトの影響を除去し、より高い精度で調整工程を実行可能となる。
【００７２】
また、本実施形態において、加工装置１は、工具１１のワークＷに対する姿勢の測定を変位センサ３３によって実行しているが、これに限定されない。加工装置１は、工具１１のワークＷに対する姿勢を測定するために別途オートコリメータ等の測定手段を備えていてもよい。
【００７３】
また、本実施形態において、加工装置１は、変位センサ３３を６つ備え、工具１１のワークＷに対する６自由度の位置及び姿勢を測定可能に構成されているが、これに限定されない。加工装置１は、第１加工工程及び第２加工工程からなる一連の加工において、６自由度の位置及び姿勢の測定が必須ではない場合には、必要となる自由度に対応可能な数の変位センサ３３を備えていればよい。なお、加工装置１は、工具１１の少なくとも２自由度の直交方向と、２自由度の傾きと、を測定するために、変位センサ３３によって少なくとも４ヶ所で基準器１６の位置を測定可能に構成されることが好ましい。
【００７４】
また、本実施形態において、加工装置１は、Ｂ軸テーブル２４と、チルト装置１４と、によって工具１１のワークＷに対する３自由度の姿勢を調整可能に構成されているが、これに限定されない。加工装置１は、第１加工工程及び第２加工工程からなる一連の加工において、３自由度の姿勢のうち精度が必須ではない自由度がある場合には、精度が必要となる自由度の姿勢を調整可能な移動機構を備えていればよい。ただし、このように構成した場合、高い加工精度を実現するためには閾値の設定に注意する必要があるため、加工装置１は、３自由度の姿勢を高精度に調整可能な移動機構を備えるように構成されていることが望ましい。
【００７５】
また、本実施形態において、加工装置１は、工具１１を有する工具ホルダ１５に基準器１６を搭載し、ワークＷが固定されるＸステージ２１にセンサベース２５を介して変位センサ３３を備えているが、これに限定されない。加工装置１は、工具ホルダ１５に変位センサ３３を搭載し、Ｘステージ２１に基準器１６を備えていてもよい。
【００７６】
また、本実施形態においては、工具１１の移設の際に工具ホルダ１５に生じる応力変化によって変形が生じる。このため、工具ホルダ１５は、工具１１と基準器１６との幾何学な位置関係に影響を与えない構造となっていることが望ましい。具体的には、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、工具１１及び基準器１６が搭載される搭載部１５ａと、固定台１３及びチルト装置１４に接触する固定部１５ｂと、搭載部１５ａと固定部１５ｂとを接続しくびれ形状を有する接続部１５ｃとから構成される。このように構成することで、工具ホルダ１５は、固定部１５ｂに応力変化が生じた場合にも、接続部１５ｃから搭載部１５ａに応力伝達されることがないため、搭載部１５ａに搭載された工具１１と基準器１６との幾何学な位置関係に応力変化の影響が生じない。なお、工具ホルダ１５の形状は、くびれ形状を有する形状に限らず、例えば、固定部１５ｂが薄肉化した形状や、固定部１５ｂにスリットが入った形状等、工具１１の移設の際に工具ホルダ１５に生じる応力変化による影響が生じない形状であればよい。
【００７７】
また、図８（ｂ）に示すように、工具ホルダ１５は、チルト装置１４に固定した際に搭載部１５ａが傾き工具１１と基準器１６とが同一角度で傾くことが考えられるが、調整工程において調整可能なため工具１１と基準器１６とが傾いてもよい。なお、加工装置１は、固定部１５ｂとチルト装置１４との互いに対面する各面の面精度を高め、かつ固定時における締結力を精度よく合わせることで、工具ホルダ１５の形状によらず、固定時に変形が生じないように構成してもよい。
【００７８】
また、本実施形態において、加工装置１は、工具１１のワークＷに対する姿勢のうち、θＹ軸方向の姿勢をＢ軸テーブル２４によって調整し、θＸ軸方向及びθＺ軸方向の姿勢をチルト装置１４よって調整するように構成されているが、これに限定されない。加工装置１は、チルト装置１４によってθＸ軸方向、θＹ軸方向及びθＺ軸方向の姿勢を調整するように構成されていてもよい。このように構成した場合、加工装置１は、Ｂ軸テーブル２４を備えることなくチルト装置１４によってθＸ軸方向、θＹ軸方向及びθＺ軸方向の姿勢を調整可能となる。また、加工装置１は、Ｙステージ２２にθＸ軸方向、θＹ軸方向及びθＺ軸方向の姿勢を調整可能な姿勢調整機構を搭載し、該姿勢調整機構に工具架台１２を搭載するように構成されていてもよい。
【００７９】
また、本実施形態において、加工装置１は、加工動作時においてＸステージ２１と、Ｙステージ２２と、Ｚステージ２３と、を移動させて工具１１によってワークＷを加工するように構成されているが、これに限定されない。加工装置１は、各ステージの移動に同期させて回転アクチュエータ３５を駆動してＢ軸テーブル２４を移動させてもよい。
【００８０】
また、本実施形態においては、直線溝加工を実行する加工装置１の制御方法を例に説明したが、これに限定されない。本加工装置１の制御方法は、工具架台１２上にスピンドルを搭載し、該スピンドルに固定した刃物を回転させて加工を行うフライカット加工においても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
また、本実施形態において、加工装置１は、第１加工工程と第２加工工程とを実行し、ワークＷの被加工領域を２分割するように構成されているが、これに限定されない。加工装置１は、工具架台１２に３つ以上の固定部を設け、ワークＷの被加工領域を３つ以上に分割するように構成されていてもよい。
【００８２】
また、本実施形態において、加工装置１は、第１加工工程の終了後に第２加工工程を開始する際に、固定台１３に固定していた工具１１をチルト装置１４に固定することで工具を移設するが、これに限定されない。加工装置１は、固定台１３に固定していた工具１１を外した後に、工具１１とは異なる工具をチルト装置１４に固定することで、工具の移設を実行してもよい。なお、工具１１とは異なる工具をチルト装置１４に固定して工具の移設を実行する場合には、基準器１６と工具１１とは異なる工具の先端との位置関係が既知である必要がある。ここで、基準器１６と工具１１とは異なる工具の先端との位置関係は、第１加工工程で用いた基準器１６と工具１１と同じ位置関係であったり、第１加工工程で用いた基準器１６と工具１１の位置関係との差分がわかっていればよい。
【００８３】
また、本実施形態においては、基準器１６が低熱膨張材から形成されているが、少なくとも一部が低熱膨張材から形成されていればよい。また、センサベース２５及び工具ホルダ１５も同様に、少なくとも一部が低熱膨張材から構成されていればよい。また、工具１１や工具架台１２も少なくともその一部が低熱膨張材から形成されていてもよい。工具１１や工具架台１２を低熱膨張材から形成することで、加工空間内の温度変化により、低熱膨張材で形成された部材に変形が生じることを抑えることができ、加工精度を向上させることができる。
【００８４】
また、本実施形態において、図３に示した加工装置１の加工制御プログラムは、制御部３０によって実行されるが、これに限定されない。加工装置１の加工制御プログラムは、例えば、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録し、コンピュータに読み取らせることで、コンピュータによっても実行可能である。
【００８５】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。上述した第１の実施形態においては、移動機構としてＸステージ２１と、Ｙステージ２２と、Ｚステージ２３とを有していたが、本実施形態の加工装置は、更にＺ軸と平行な軸を中心にワークを回転可能なＣ軸テーブルを有している。以下に、その詳細を説明する。
【００８６】
まず、本実施形態に係る加工装置の構成について説明する。図９は、本実施形態に係る加工装置１００を示す概略図である。まず、加工装置１００のうちワークに加工を実行する加工機２００の構成について説明する。図９に示す加工機２００は、直交するＸ方向２０１、Ｙ方向２０２、Ｚ方向２０３の機械座標系に沿って動く加工装置である。加工機２００における機械座標系では、Ｘ方向２０１、Ｙ方向２０２及びＺ方向２０３の矢印が示す方向が、各方向における正の方向である。
【００８７】
加工機２００は、工具２１３とワーク２１７とを相対的に移動させる移動機構として、Ｘ軸方向にワーク２１７を移動可能なＸステージ２０４と、Ｙ軸方向に工具２１３を移動可能なＹステージ２０５と、を有している。また、加工機２００は、移動機構として、Ｚ軸方向にワーク２１７を移動可能なＺステージ２０６を有している。そして、加工機２００は、移動機構として、Ｘステージ２０４に配設され、工具を移動可能な方向であるＸ方向と垂直な方向であるＺ方向の軸（Ｚ軸）と平行な軸を中心にワーク２１７を回転可能なＣ軸テーブル２１０を有している。なお、以下の記載において、Ｘステージ２０４と、Ｙステージ２０５と、Ｚステージ２０６と、をまとめて移動ステージとも記載する。また、以下の記載において、Ｘステージ２０４と、Ｙステージ２０５と、Ｚステージ２０６と、のそれぞれのことを、各移動ステージとも記載する。
【００８８】
加工機２００は、Ｚステージ２０６の上面にＸステージ２０４の駆動方向以外の方向への動きを拘束する不図示のガイド機構を備えている。また、加工機２００は、加工機２００のベースに配設された不図示のガイド機構によって、Ｙステージ２０５及びＺステージ２０６の駆動方向以外の動きを拘束可能となっている。Ｘステージ２０４は、Ｘステージ２０４の位置を図るレーザスケール等の測長センサ９３１ｘ（図１０参照）と、Ｘステージ２０４を移動させるリニアモータ等のアクチュエータ９３２ｘ（図１０参照）を備えている。Ｙステージ２０５は、Ｙステージ２０５の位置を図るレーザスケール等の測長センサ９３１ｙ（図１０参照）と、Ｙステージ２０５を移動させるリニアモータ等のアクチュエータ９３２ｙ（図１０参照）を備えている。Ｚステージ２０６は、Ｚステージ２０６の位置を図るレーザスケール等の測長センサ９３１ｚ（図１０参照）と、Ｚステージ２０６を移動させるリニアモータ等のアクチュエータ９３２ｚ（図１０参照）を備えている。また、各移動ステージは、各加工装置１００は、各測長センサの測定値と各アクチュエータの駆動量とを用いて、各移動ステージの駆動方向の位置を計測しながら位置決め動作を実行する。また、加工装置はＺ方向２０３と平行な回転軸２１１回りの回転方向を可動方向２１２とするＣ軸テーブル２１０も有している。Ｃ軸テーブル２１０は、回転軸２１１周りの回転方向を可動方向２１２としてＣ軸テーブル２１０を回転可能な回転アクチュエータ９３５と、Ｃ軸テーブル２１０の回転位置を測定する測角センサである回転角センサ９３４（エンコーダ）を備えている。
【００８９】
各移動ステージは、上位コントローラ（図１０参照）からの指令によって、それぞれが同期して同時に動作することが可能な構成になっている。各移動ステージは、上位コントローラからの指令によりＸ可動方向２０７と、Ｙ可動方向２０８と、Ｚ可動方向２０９と、に動作可能となっている。また、Ｃ軸テーブル２１０も同様に、上位コントローラからの指令により回転角度を任意の角度に割出し動作可能となっている。
【００９０】
次に、加工機２００に配設された部材について説明する。加工機２００において加工に用いられる工具２１３は、工具を保持する工具ホルダ２１４ａ、工具２１３の位置及び姿勢を計測する基準器である計測基準部２１４ｂ、工具取付部材２１５及び工具架台２１６を介してＹステージ２０５に搭載される。
【００９１】
工具ホルダ２１４ａは、低熱膨張セラミックや低熱膨張ガラス等の低熱膨張材から構成されている。また、計測基準部２１４ｂも同様に、低熱膨張セラミックや低熱膨張ガラス等の低熱膨張材から構成されている。また、工具２１３のうち変更可能な部分や工具取付部材２１５、工具架台２１６、後述するセンサベース２１８も同様に、低熱膨張セラミックや低熱膨張ガラス等の低熱膨張材から構成されている。ここで、低熱膨張材とは、線膨張係数が５×１０−６［１／Ｋ］以下の材料である。これらの部材が低熱膨張材から構成されることで、加工装置１００においては、加工空間内の温度変化に伴う熱膨張による各部材の変形が低減され、工具ホルダ２１４ａ及びその計測基準部２１４ｂと工具２１３の一体性が担保される。これにより、加工装置１００は、計測基準部２１４ｂを計測することで、工具２１３の位置及び姿勢を測定可能としている。
【００９２】
計測基準部２１４ｂは、直方体形状に形成されており、それぞれＸ方向２０１、Ｙ方向２０２及びＺ方向２０３にそれぞれ垂直な３面を有するに配設されている。また、計測基準部２１４ｂは、後述する変位センサ２１９ａ〜２１９ｆによって、Ｘ方向２０１、Ｙ方向２０２及びＺ方向２０３にそれぞれ垂直な３面が測定される。なお、Ｘ方向２０１、Ｙ方向２０２及びＺ方向２０３にそれぞれ垂直な３面は、いずれもλ／２０以下の面精度まで研磨されて製作されている。
【００９３】
ここで、工具ホルダ２１４ａと計測基準部２１４ｂとは、同一部材であってもよく、別体の部材であってもよい。つまり、工具ホルダ２１４ａの一部分が計測基準部２１４ｂとなっていてもよく、工具ホルダ２１４ａとは独立した計測基準部２１４ｂを有する構成であってもよい。本実施形態における計測基準部２１４ｂは、工具ホルダ２１４ａと一体に構成されており、工具ホルダ２１４ａの一部分が計測基準部２１４ｂとなっている。
【００９４】
工具取付部材２１５は、工具架台２１６に対する取付位置をＸ方向２０１方向で異なる２個所の何れかの位置（第１取付位置、第２取付位置）に取付位置を変更する事が可能となっている。図９に示す状態においては、Ｘ方向２０１のマイナス方向側にオフセットした一方の取付位置（第１取付位置）に、工具取付け部材２１５が取り付けられている。図９に示す加工装置１００は、ワーク２１７の上面（Ｚ方向２０３の正の方向に向いた面）を工具２１３で加工する。
【００９５】
ここで、ワーク２１７の加工面のＸ方向２０１の長さは、Ｘステージ２０４の可動範囲の約２倍より少し短い長さである。そのため、現在の工具取付位置において、加工機２００は、Ｘ方向２０１においてワーク２１７のＸ方向の長さの約半分より少し大きい範囲で工具２１３を接触させ加工することができる。
【００９６】
加工装置１００は、Ｘステージ２０４の可動範囲を超える範囲を加工する手法として、工具２１３の取付位置を工具架台２１６上で変更する工具２１３の移設を行うことで、Ｘステージ２０４の可動範囲を超える範囲を加工することができる。工具２１３の移設を行う場合には、まず、計測基準部２１４ｂを有する工具ホルダ２１４ａ及び工具取付部材２１５を一体で工具架台２１６から取り外す。次に、工具架台２１６に対するＸ方向２０１の取付位置を変更するために、第１取付位置からＸ方向２０１の正の方向へ移動した第２取付位置に工具ホルダ２１４ａ及び計測基準部２１４ｂと一体となった工具取付部材２１５を取り付ける。これにより、加工装置１００は、工具２１３を第１取付位置から第２取付位置に移設することができる。なお、工具架台２１６に対する工具取付部材２１５の設置固定には、ネジを用いた締結でもよいが、工具２１３の移設時における脱着の利便性を考慮して磁石や真空吸引あるいは液体の固化等を利用してもよい。また、加工装置１００は、工具２１３を移設する構成について、工具架台２１６から一度取り外して再度取り付ける構成に限定されない。加工装置１００は、例えば、レール等のガイド機構とロック機構を組合わせて、ロック解除とレール上での移動及び移動後に再度ロックと云う手法をによって工具２１３を移設できるように構成されていてもよい。
【００９７】
被加工物であるワーク２１７は、ワーク取付治具も兼ねるセンサベース２１８を介してＣテーブル２１０に搭載される。センサベース２１８には、変位センサ２１９ａ〜２１９ｆが備えられている。変位センサ２１９ａ〜２１９ｆは、計測基準部２１４ｂまでの距離のうち、Ｘ方向の距離を計測する変位センサ２１９ａ、２１９ｂと、Ｙ方向の距離を計測する変位センサ２１９ｃと、Ｚ方向の距離を計測する変位センサ２１９ｄ〜２１９ｆから構成される。この、計６個の変位センサ２１９ａ〜２１９ｆと計測基準部２１４ｂとにより、工具２１３の位置を計測する装置位置計測手段（工具測定部と称することもある）が構成されている。上述した通り、加工装置１００は、変位センサ２１９ａ〜２１９ｆが固定されるセンサベース２１８にも低熱膨張材を用いており、ワーク２１７と変位センサ２１９ａ〜２１９ｆとの一体性を担保している。なお、以下の記載において、変位センサ２１９ａ〜２１９ｆを、一括して変位センサ２１９とも記載する。
【００９８】
工具２１３は、上述した通り、計測基準部２１４ｂを有する工具ホルダ２１４ａに固定されている。つまり、加工装置１００は、変位センサ２１９の測定範囲内であれば、工具２１３を基準とする工具座標系で、工具２１３のワーク２１７までの相対位置及び姿勢を計測することが可能となっている。加工装置１００は、工具２１３が工具架台２１６上の第１取付位置と第２取付位置とのいずれの取付位置に取り付けられていても、各移動ステージの移動により、計測基準部２１４ｂを変位センサ２１９の計測範囲内に入るように構成されている。なお、変位センサ２１９は、加工機２００による加工動作の実行時において、工具２１３等の加工動作を実行する際に使用される各部材に干渉しない位置に配置されている。
【００９９】
ここで、変位センサ２１９ａは、工具２１３の移設や加工によって変位センサ２１９の計測範囲外に計測基準部２１４ｂが移動しても、移設の前後でのワーク２１７に対する工具２１３の相対位置及び姿勢の変化を計測できる必要がある。そのため、変位センサ２１９は、アブソリュートの機能を持つ測長器である必要があり、本実施形態では、例えば接触式変位計から構成されている。なお、変位センサ２１９は、アブソリュートでナノメートルオーダの計測が可能な計測器として、接触式変位計に限らずレーザ変位計や静電容量型変位センサを用いても良い。また、変位センサ２１９は、インクリメンタルのレーザ測長器でも、測定範囲内で再現性の高い原点信号を有する測定器との組合わせることで、計測範囲外の時間を経ても計測基準部２１４ｂまでの距離をナノメートルオーダで高精度に計測できる。
【０１００】
次に、本実施形態の上位コントローラ（以下、上位コントローラを制御部と称することもある）の構成を図１０に沿って説明する。制御部９３０は、加工装置１００が備えるＸステージ２０４、Ｙステージ２０５及びＺステージ２０６の位置とＣ軸テーブル２１０の角度とを、各ステージ及びＣ軸テーブル２１０が備える測長、回転角センサから読み込む。そして、制御部９３０は、読み込んだ測長、回転角センサの計測値から、アクチュエータに指令を行う位置／角度制御が可能である。また、制御部９３０は、各移動ステージの動作を記述した加工用のプログラムの読み込みと後述する変換機能とを有する。また、制御部９３０は、加工機２００に予め決めておいた様々な移動動作を順次実行させることができる。そして、制御部９３０は、後述するように、相対位置検出手段である変位センサ２１９ａ〜２１９ｆを用いての計測と、計測した計測値の記憶と、計測値等の数値を用いた演算機能と、も有している。
【０１０１】
制御部９３０は、プログラムを演算可能なＣＰＵ９４１と、記憶可能な記憶部として機能するメモリであるＲＯＭ９４２、ＲＡＭ９４３及びＨＤＤ９４４０と、を備えている。また、制御部９３０は、各種のインタフェース９４６〜９６１を備えている。
【０１０２】
ＣＰＵ９４１には、ＲＯＭ９４２、ＲＡＭ９４３、ＨＤＤ９４４０及び各種のインタフェース９４６〜９６１が、バス９４５を介して接続されている。例えば、ＨＤＤ９４４０（或いはインタフェース９６１に接続され、外付けＨＤＤや不揮発性メモリ等から構成される外部記憶装置９７１等であってもよい）には、ＣＰＵ９４１を動作させるための各種プログラムやフィルタのデータが格納されている。
【０１０３】
インタフェース９４６には、Ｘステージ２０４のＸ軸方向の位置を測定する測長センサ９３１ｘが接続され、インタフェース９４７には、Ｙステージ２０５のＹ軸方向の位置を測定する測長センサ９３１ｙが接続されている。また、インタフェース９４８には、Ｚステージ２０６のＺ軸方向の位置を測定する測長センサ９３１ｚが接続されている。測長センサ９３１ｘ，９３１ｙ，９３１ｚは、レーザスケール等の各軸方向の位置を計測可能なセンサから構成される。また、測長センサ９３１ｘ，９３１ｙ，９３１ｚからは、各測長センサが測定した各ステージの位置に関する出力信号が送信される。なお、以下の記載において、測長センサ９３１ｘ，９３１ｙ，９３１ｚを一括して測長センサ９３１とも記載する。
【０１０４】
インタフェース９４９には、Ｘステージ２０４をＸ軸方向に移動させるアクチュエータ９３２ｘが接続され、インタフェース９５０には、Ｙステージ２０５をＹ軸方向に移動させるアクチュエータ９３２ｙが接続されている。また、インタフェース９５１には、Ｚステージ２０６をＺ軸方向に移動させるアクチュエータ９３２ｚが接続されている。アクチュエータ９３２ｘ，９３２ｙ，９３２ｚは、リニアモータ等の直動可能な駆動源から構成される。また、アクチュエータ９３２ｘ，９３２ｙ，９３２ｚは、ＣＰＵ９４１からの移動命令に従って駆動し、各ステージを移動させる。なお、以下の記載において、アクチュエータ９３２ｘ，９３２ｙ，９３２ｘを一括してアクチュエータ９３２とも記載する。
【０１０５】
ＣＰＵ９４１は、アクチュエータ９３２ｘ，９３２ｙ，９３２ｚを駆動する場合に、測長センサ９３１ｘ，９３１ｙ，９３１ｚによって測定される各ステージの駆動方向の位置を計測しながらアクチュエータ９３２ｘ，９３２ｙ，９３２ｚを駆動する。このため、ＣＰＵ９４１は、Ｘステージ２０４、Ｙステージ２０５及びＺステージ２０６をそれぞれ同期して同時に動作させることが可能となっている。
【０１０６】
加工プログラム９４４は、工具架台２１６に、工具取り付け部材２１５、工具ホルダ２１４ａ、２１４ｂを介して固定された工具２１３によってワーク２１７を加工する際にＣＰＵ９４１が実行するプログラムである。ＣＰＵ９４１は、ＨＤＤ９４４０に記憶されている加工プログラム９４４を呼び出して実行することで、予め設定した移動動作によってアクチュエータ９３２ｘ，９３２ｙ，９３２ｚを駆動し、工具２１３によってワーク２１７を加工させることができる。本実施形態において、ＣＰＵ９４１は、加工用のプログラムの実行時において、アクチュエータ９３２ｘ，９３２ｚを駆動しＸステージ２０４及びＺステージ２０６を移動させることで、ワーク２１７の位置を移動させる。そして、ＣＰＵ９４１は、工具２１３の刃先がワーク２１７に切り込んだ状態で、アクチュエータ９３２ｙを駆動しＹステージ２０５を移動させることで、工具２１３によるワーク２１７への切削加工を実行する。
【０１０７】
本実施形態の加工装置１００は、ワーク２１７に対して加工を実行するための加工プログラムとして、ワーク２１７の加工範囲をＸステージ２０４の可動範囲に入る範囲で、２つの領域に分けた２つの加工用プログラムを用意している。加工装置１００は、加工用プログラムのうち、先に加工する範囲（第１領域）を加工（前段加工）する際に使用する加工プログラムである前段加工プログラム９４４ａを実行する。前段加工プログラム９４４ａの実行時において、Ｘ軸方向及びＺ軸方向にワーク２１７を移動するとともに、Ｙ軸方向に工具２１３を移動することで、工具架台２１６の第１取付位置に固定した工具２１３によるワーク２１７への加工を実行する。また、加工装置１００は、ワーク２１７のＸ軸方向への移動量が前段加工プログラム９４４ａで規定されている第１加工終了点となった場合に、加工動作を終了し、工具２１３を所定の待機位置へ移動する。ここで、待機位置は、各ステージの動作経路と各ステージの位置との関係を規定する任意の位置であり、ワーク２１７の被加工領域のＸ方向２０１の位置のうち中間地点近傍の位置である繋ぎ部の近傍であることが好ましい。待機位置に移動した後、加工装置１００は、工具２１３が工具架台２１６の第２取付位置に移設されるとともに、Ｘステージ２０４を初期位置まで移動する。なお、待機位置は、前段加工から連続して次の加工（後段加工）を開始したと仮想した場合に、ワーク２１７に対して工具２１３が位置する場所となっている。加工装置１００においては、この位置関係に工具２１３を位置させると仮定した場合の各ステージの位置を、待機位置として制御部９３０に予め記憶させられている。
【０１０８】
第２取付位置に工具２１３を移設した後、加工装置１００は、加工用プログラムのうち、後に加工する範囲（第２領域）を加工（後段加工）する際に使用する加工プログラムである後段加工プログラム９４４ｂを実行する。つまり、後段加工は、待機位置からスタートされる。また、後段加工プログラム９４４ｂは、工具２１３の移設を前提として作成されており、工具２１３が移設で移動する規定距離だけＸステージ２０４の目標位置を変更した値で予め作成し記憶しされている。後段加工プログラム９４４ｂの実行時において、Ｘ軸方向及びＺ軸方向にワーク２１７を移動するとともに、Ｙ軸方向に工具２１３を移動することで工具２１３によるワーク２１７への加工を実行する。
【０１０９】
つまり、加工装置１００は、ワーク２１７の被加工領域のうち長手方向がＸ軸方向に向くようにワーク２１７をＸステージ２０４に固定することで、１回の加工においてＸステージ２０４をＸ軸方向に移動可能な範囲以上の範囲に、被加工領域を設定可能である。また、加工装置１００は、前段加工プログラム９４４ａを実行することで加工する第１領域と、後段加工プログラム９４４ｂを実行することで加工する第２領域と、にワーク２１７の被加工領域を分割する。そして、加工装置１００は、前段加工プログラム９４４ａ及び後段加工プログラム９４４ｂを実行し、第１領域と第２領域とを連続して加工することで、ワーク２１７の被加工領域の全面に一連の加工を実行可能となっている。ここで、前段加工プログラム９４４ａと後段加工プログラム９４４ｂとは、上述した繋ぎ部で分割されている。また、以下の記載において、繋ぎ部で分割される前段加工と後段加工からなる一連の加工のことを、繋ぎ加工とも記載する。
【０１１０】
なお、本実施形態において、加工装置１００は、工具２１３の移設後の後段加工においては、工具基準で加工を実行する。加工装置１００が工具基準で加工を行う際に使用する加工プログラムは、後段加工プログラム９４４ｂを変換してものである。加工プログラム９４４は、移設で生じる工具２１３の姿勢変化に対して後段加工プログラム９４４ｂを変換する演算の容易さから、各移動ステージへの指令値を現在位置からの相対位置形式で移動量を指示する相対位置形式の加工プログラムとなっている。
【０１１１】
インタフェース９５２，９５３には、計測基準部２１４ｂまでのＸ方向の距離を測定する２個の変位センサ２１９ａ、２１９ｂが接続されている。また、インタフェース９５４には、計測基準部２１４ｂまでののＹ方向の距離を測定する変位センサ２１９ｃが接続されている。また、インタフェース９５５，９５６，９５７には、計測基準部２１４ｂまでのＺ方向の距離を測定する３個の変位センサ２１９ｄ〜２１９ｆが接続されている。変位センサ２１９からは、各変位センサが測定した計測基準部２１４ｂの位置に関する出力信号が送信される。ＣＰＵ９４１は、変位センサ２１９によって測定された計測基準部２１４ｂの位置を利用して、工具２１３のワーク２１７に対する位置及び姿勢を計算し取得する。
【０１１２】
具体的には、ＣＰＵ９４１は、工具２１３のワーク２１７に対する１自由度うち、例えばＸ軸方向の位置を測定する場合、計測基準部２１４ｂを測定する２つの変位センサ２１９ａ、２１９ｂの２つの測定値の差分を計算することで、Ｘ軸方向の位置を測定する。ＣＰＵ９４１は、Ｙ軸方向の位置及びＺ軸方向の位置も、Ｘ軸方向の位置を測定する場合と同様の方法によって測定する。また、ＣＰＵ９４１は、例えばθＸ方向の姿勢を測定する場合、変位センサ２１９ｃの測定値又は変位センサ２１９ｄ〜２１９ｆの測定値をまず測定する。そして、ＣＰＵ９４１は、測定した変位センサ２１９ｃ，又は変位センサ２１９ｄ〜２１９ｆの測定値から傾きを算出することで、θＸ方向の姿勢を測定する。ＣＰＵ９４１は、θＹ方向の姿勢及びθＺ軸方向の姿勢も、θＸ軸方向の姿勢を測定する場合と同様の方法によって測定する。
【０１１３】
このように計算及び測定を実行することで、加工装置は、工具２１３の位置の測定と、姿勢の測定と、を同一の変位センサを用いることで実行することができる。なお、加工装置は、変位センサ２１９に精度の高いセンサを利用することで、計測基準部２１４ｂの形状によらず高精度な測定が可能となる。加工装置は、例えば変位センサ２１９として静電容量変位計等のナノメートルの単位の精度を有する変位センサを用いることで、計測基準部の形状によらずナノメートルの単位で後述する調整工程を実行することができる。
【０１１４】
インタフェース９５８には、Ｃ軸テーブル２１０（図９参照）の回転角度を測定する回転角センサ９３４が接続されている。回転角センサ９３４は、例えばロータリエンコーダ等のＣ軸テーブル２１０の回転角度を測定可能なセンサから構成され、Ｃ軸テーブル２１０が回転する場合に、回転した角度をＣＰＵ９４１に送信する。インタフェース９５９には、Ｃ軸テーブル２１０を回転させる回転アクチュエータ９３５が接続されている。回転アクチュエータ９３５は、例えばサーボモータ等のＣ軸テーブル２１０を回転可能なアクチュエータから構成され、ＣＰＵ９４１からの回転命令に従って駆動し、Ｃ軸テーブル２１０を回転させる。
【０１１５】
次に、本実施形態の加工装置１００が実行するワーク２１７の加工方法について、図１１のフローチャートを用いて説明する。図１１は、本実施形態における繋ぎ加工の工程を示すフローチャートである。本実施形態においては、上述した通り、ワーク２１７の被加工領域のうち長手方向であるＸ方向２０１の長さが、Ｘステージ２０４の可動範囲よりも長いため、前段加工と後段加工との２回に分けた繋ぎ加工によって一連の加工を行うことを想定している。図１１に示すフローチャートには、前段加工と後段加工とを実行し、ワーク２１７の被加工領域の全域を加工する際の各工程が記載されている。
【０１１６】
なお、図１１において、本発明の第１の工程１００１をＳ１０１，Ｓ１０２の工程に、第２の工程１００２をＳ１０３〜Ｓ１０５の工程に、第３の工程１００３の工程をＳ１０６の工程に分けて説明する。また、本発明の第４の工程１００４をＳ１０７〜Ｓ１１１の工程に、第５の工程１００５をＳ１１２，Ｓ１１３の工程に、第６の工程１００６をＳ１１４〜Ｓ１１６の工程に分けて説明する。
【０１１７】
また、図１２には、図１１に示す各工程のうち代表的な工程における工具２１３とワーク２１７の位置関係を表した模式図として、図９で示した加工装置１００をＺ方向２０３の正の方向から見降ろした際の装置構成を示している。なお、図１２においては、説明を明確にするために、図９で図示した部材であるセンサベース２１８やＸステージ２０４、Ｚステージ２０６等の部材を不図示としている。図１２において、Ｕ方向３０１、Ｖ方向３０２、Ｗ方向３０３の直交３軸方向からなる座標系は、計測基準部２１４ｂの位置、姿勢を基準とする工具座標系を示すものである。
【０１１８】
また、加工前の準備として、ワーク２１７と、工具２１３と、不図示の加工液供給や切り粉の吸取り等の加工補助系の部材と、の加工装置１００への設置は、完了しているものとする。また、繋ぎ加工の開始時（初期状態）において、工具２１３及び基準となる計測基準部２１４ｂは、計測基準部２１４ｂが有する直交３面がそれぞれＸＹＺ軸と略垂直な姿勢となるように、工具取付部材２１５とともに工具架台２１６上に設置されている。
【０１１９】
まず、制御部９３０は、前段加工プログラム９４４ａを読み込む（Ｓ１０１）。この処理において、制御部９３０は、前段加工の実行時における各移動ステージの動作内容が記述された前段加工プログラム９４４ａを読み込む。ここで、制御部９３０には、ステップＳ１０１の処理の実行前の時点で、前段加工が開始される前段加工開始点が予め指示されている。そのため制御部９３０は、前段加工プログラム９４４ａを読み込み、実行することで、前段加工開始点から所望の領域（第１領域）に対して加工を実行することができるようになっている。なお、前段加工開始点は、各移動ステージを駆動させて工具２１３とワーク２１７の接触位置の確認等を行い、前段加工動作を開始する際の所望のステージ位置として設定したものである。
【０１２０】
次に、制御部９３０は、読み込んだ前段加工プログラム９４４ａを実行し、前段加工を加工機２００に実行させ、加工終了後に各移動ステージを待機位置へ移動させる（Ｓ１０２）。この処理において、制御部９３０は、まず各移動ステージを初期位置から前段加工開始点に移動させ、図１２（ａ）に示す位置に工具２１３とワーク２１７とが位置するように制御する。そして、制御部９３０は、前段加工プログラム９４４ａに従い、前段加工開始点から前段加工終了点まで前段加工を行い、前段加工の終了後に待機位置に各移動ステージを移動させる。この、ステップＳ２の処理が、第１加工工程を構成する。
【０１２１】
次に、制御部９３０は、待機位置から第１相対位置まで各移動ステージを移動させる（Ｓ１０３）。ここで、第１相対位置とは、相対測定手段である変位センサ２１９の測定範囲内において、測定値が規定の範囲内となる位置である相対位置に計測基準部２１４ｂが存在する状態になる位置の１つである。第１相対位置における計測基準部２１４ｂとワーク２１７との位置関係を図１２（ｂ）に示す。なお、待機位置から第１相対位置への各移動ステージの移動においては、工具２１３を移設する方向と平行な方向であるＸ方向２０１への移動量が少ない事が好ましい。制御部９３０は、工具２１３とワーク２１７とが離れた位置に第１相対位置を設定するために、工具２１３とワーク２１７との配置を加工機２００上で設定する。
【０１２２】
ここで、待機位置から第１相対位置に移動する際に、制御部９３０が各移動ステージに指示する移動距離について説明する。上述した通り、第１相対位置は、変位センサ２１９による測定範囲内で測定値が規定の範囲内となる位置である。つまり、待機位置が変位センサ２１９の測定範囲外である場合には、待機位置からの移動量を変位センサ２１９の測定値から求める事はできない。そこで、加工装置１００においては、第１相対位置の位置を変位センサ２１９の測定値から各移動ステージが有する測長センサ９３１の測定値に換算し、予め制御部９３０に設定しておく必要がある。
【０１２３】
ここで、変位センサ２１９の測定値から測長センサ９３１の測定値に換算して算出される位置は、ワーク２１７の大きさや設置位置などでも変わってしまう。このため、加工装置１００においては、図９で説明した工具２１３の加工装置１００上での設置位置等の初期状態での設定値や、センサベース２１８等の設計値を用いて、予め換算した変位センサ２１９の位置を制御部９３０に設定している。
【０１２４】
前述したように本実施形態では、待機位置から第１相対位置までの移動距離として規定の値を用いて移動する事で変位センサ２１９の測定範囲に計測基準部２１４ｂが入る事を前提としている。しかしながら、変位センサ２１９の測定範囲が極めて狭い等の理由で、規定の値を用いた移動では変位センサ２１９の測定範囲内にある第１相対位置へ移動が困難な場合がある。このような場合には、変位センサ２１９の出力を検出し位置の調整をする判断を、オペレータ又は制御部９３０が行い、各移動ステージを駆動して、測定範囲内の第１相対位置へ移動するように構成してもよい。
【０１２５】
ステップＳ１０３の処理を実行した後、制御部９３０は、変位センサ２１９によってワーク２１７に対する工具２１３の相対的な位置及び姿勢を測定する（Ｓ１０４）。この処理において、制御部９３０は、変位センサ２１９から計測基準部２１４ｂまでの距離を第１距離値（Ｌａ１，Ｌｂ１，Ｌｃ１，Ｌｄ１，Ｌｄ１，Ｌｆ１）として計測する。また、制御部９３０は、現在の測長センサ９３３の値及び回転角センサ９３４の値から、現在の各移動ステージ及びＣ軸テーブル２１０の位置における値である現在値（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１，Ｃ１）を計測する。そして、制御部９３０は、現在値と待機位置における測長センサ９３１の値及び回転角センサ９３４の値から、待機位置から第１相対位置までの各移動ステージの移動量及びＣ軸テーブル２１０の角度（ワーク２１７に対する工具２１３の傾き角度）を算出する。ここで、各移動ステージの移動量及びＣ軸テーブル２１０の角度は、現在値と予め設定された待機位置における測長センサ９３１と回転角センサ９３４との目標値の差分（ΔＸ１，ΔＹ１，ΔＺ１，ΔＣ１）から求める。なお、差分（ΔＸ１，ΔＹ１，ΔＺ１，ΔＣ１）を求める際に用いる待機位置における目標値は、待機位置において測長センサ９３１と回転角センサ９３４との測定値を記憶した値でもよい。この、ステップＳ４の処理が、本実施形態における第１の相対測定を構成する。
【０１２６】
次に、制御部９３０は、第１相対測定の結果である距離値（Ｌａ１，Ｌｂ１，Ｌｃ１，Ｌｄ１，Ｌｄ１，Ｌｆ１）と、各移動ステージ及びＣ軸テーブル２１０の移動量である差分（ΔＸ１，ΔＹ１，ΔＺ１，ΔＣ１）と、を記憶する（Ｓ１０５）。
【０１２７】
次に、加工装置１００においては、工具２１３の移設が実行される（Ｓ１０６）。上述した通り、工具２１３の移設においては、第１取付位置に取り付けられた工具２１３を、計測基準部２１４ｂを有する工具ホルダ２１４ａ及び工具取付部材２１５を一体で工具架台２１６から取り外す。そして、Ｘ方向２０１の正方向へ予め規定距離だけずらした位置（第２取付位置）に移動し、工具架台２１６に固定する事で移設が行われる。図１２（ｃ）は、工具２１３の移設が完了した状態を示す図であり、工具架台２１６に対して工具取付部材２１５を固定する工程で取付誤差が生じる場合を図示している。図１２（ｃ）に支援すように、取付誤差は、工具取付部材２１５が工具架台２１６に対して機械座標系のうちＺ軸を中心とした回転方向に傾いた状態を示している。
【０１２８】
次に、制御部９３０は、ステップＳ５の工程で記憶した値を用いて、各移動ステージ及びＣ軸テーブル２１０を第２相対位置近傍まで移動させる（Ｓ１０７）。この処理において、制御部９３０は、まず、第１相対位置での現在値（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１，Ｃ１）に対し、第１取付位置から第２取付位置まで工具２１３を動かした際のＸ方向２０１の座標ＴＸ２を用いて、現在値から（ＴＸ２，Ｙ１，Ｚ１，Ｃ１）に移動する。ここで、第２相対位置とは、相対測定手段である変位センサ２１９の測定範囲内において、測定値が規定の範囲内となる位置である相対位置に計測基準部２１４ｂが存在する状態になる位置の１つである。また、第２相対位置は、変位センサ２１９が測定する計測基準部２１４ｂまでの相対距離が、第１相対位置において測定した値と同じ又は予め定められた許容範囲内の差で収まる位置である。第１相対位置と第２相対位置との関係がこのような関係である場合には、計測基準部２１４ｂを座標系の基準とする工具座標系における工具２１３に対するワーク２１７の位置は、いずれの相対位置においても等しい又は許容範囲内の差に収まる。
【０１２９】
しかしながら、実際には、移設時に許容される目標精度が厳しく、移設によって工具取付部材２１５と工具架台２１６との相対位置、姿勢が当初の予定に対して誤差（取付誤差）を持って固定される。図１２（ｄ）は、第２相対位置において工具２１３が図１２（ｃ）に示した取付誤差を有している状態を示している。図１２（ｄ）に示すように、工具座標系（Ｕ方向３０１、Ｖ方向３０２、Ｗ方向３０３）が機械座標系（Ｘ方向２０１、Ｙ方向２０２、Ｚ方向２０３）に対して傾いている。このため、図１２（ｄ）に示すように、加工装置１００においては、ワーク２１７が工具座標系に対して傾いた状態となっており、図１２（ｂ）に示す第１相対位置におけるワーク２１７と工具座標系との相対的な姿勢とは異なる位置関係となっている。ステップＳ１０７の処理で第２相対位置までではなくその近傍までの移動にとどめているのは、この誤差が生じることに起因している。このステップＳ１０６，Ｓ１０７の処理が、本実施敬愛における第１移動工程を構成する。
【０１３０】
ステップＳ１０７の処理を実行した後、制御部９３０は、変位センサ２１９によって測定した値に基づき各移動ステージ及びＣ軸テーブル２１０を移動し、工具２１３のワーク２１７に対する位置を修正する（Ｓ１０８）。この処理において、制御部９３０は、後述するステップＳ１０９の処理で変位センサ２１９によって測定した値に基づき工具２１３のワーク２１７に対する相対位置を修正する処理を実行する。そのため、制御部９３０は、ステップＳ１０７の処理の実行直後においては、何もせずにステップＳ１０９に処理を移す。
【０１３１】
次に、制御部９３０は、変位センサ２１９によって計測基準部２１４ｂの位置を測定する（Ｓ１０９）。この処理において、制御部９３０は、変位センサ２１９によって工具座標系を基準とする計測基準部２１４ｂまでの位置、姿勢を第２距離値（Ｌａ２，Ｌｂ２，Ｌｃ２，Ｌｄ２，Ｌｄ２，Ｌｆ２）として計測する。そして、制御部９３０は、第２距離値（Ｌａ２，Ｌｂ２，Ｌｃ２，Ｌｄ２，Ｌｄ２，Ｌｆ２）を第１距離値（Ｌａ１，Ｌｂ１，Ｌｃ１，Ｌｄ１，Ｌｄ１，Ｌｆ１）と比較し、差分（ΔＬａ，ΔＬｂ，ΔＬｃ，ΔＬｄ，ΔＬｅ，ΔＬｆ）を求める。
【０１３２】
次に、制御部９３０は、第１相対測定と第２相対測定との差が許容値内か否かを判定する（Ｓ１１０）。この処理において、制御部９３０は、ステップＳ１０９で求めた差分（ΔＬａ，ΔＬｂ，ΔＬｃ，ΔＬｄ，ΔＬｅ，ΔＬｆ）が、予め定めた許容値内であるか否かを判定する。ここで、許容値は、前段加工と後段加工の繋ぎ部分での加工形状の誤差として許容される値から予め求めたものが用いられる。制御部９３０は、ステップＳ１０９で求めた差分（ΔＬａ，ΔＬｂ，ΔＬｃ，ΔＬｄ，ΔＬｅ，ΔＬｆ）が、予め定めた許容値内であればステップＳ１１１に処理を進め、許容値の範囲外であればステップＳ１０８に処理を戻す。
【０１３３】
ステップＳ１１０の処理において、ステップＳ１０９で求めた差分（ΔＬａ，ΔＬｂ，ΔＬｃ，ΔＬｄ，ΔＬｅ，ΔＬｆ）が、許容値の範囲外であると判定した場合（Ｎｏ）に実行されるステップＳ１０８の処理について説明する。ステップＳ８の処理において、制御部９３０は、ステップＳ１０９で求めた差分（ΔＬａ，ΔＬｂ，ΔＬｃ，ΔＬｄ，ΔＬｅ，ΔＬｆ）が０に近づくように各移動ステージ及び姿勢調整軸であるＣ軸テーブル２１０を駆動する。つまり、制御部９３０は、第１相対位置おける工具２１３の傾き角度と第２相対位置におけるワーク２１７に対する工具２１３の傾き角度の差が小さくなるように、各移動ステージ及びＣ軸テーブル２１０を駆動する。
【０１３４】
ステップＳ１０８の処理が実行され、ステップＳ１１０の処理において、ステップＳ１０９で求めた差分（ΔＬａ，ΔＬｂ，ΔＬｃ，ΔＬｄ，ΔＬｅ，ΔＬｆ）が、許容値内であると判定した場合（Ｙｅｓ）における加工機２００の状態を図１２（ｅ）に示す。図１２（ｅ）に示すように、計測基準部２１４ｂとワーク２１７の位置関係は、第１相対位置での状態を示した図１２（ｂ）における位置関係に対して、機械座標系のうちＺ方向２０３廻りの角度が異なっている。しかしながら、計測基準部２１４ｂとワーク２１７の位置関係は、工具座標系で見ると、計測基準部２１４ｂに対するワーク２１７の相対位置、姿勢が図１２（ｂ）と図１２（ｅ）とで一致するようになっている。ステップＳ１０８〜Ｓ１１０の処理を実行することにより、加工装置１００は、工具２１３の移設によって生じた取付誤差を解消することができる。
【０１３５】
ステップＳ１０８の処理による取付誤差の解消の終了後（ステップＳ１１０でＹｅｓ）、制御部９３０は、各移動ステージ及びＣ軸テーブル２１０の位置を記憶する（Ｓ１１１）。この処理において、制御部９３０は、各移動ステージ及びＣ軸テーブル２１０の位置及び角度を記憶するために、測長センサ９３１と回転角センサ９３４の計測値を読み込み、第２相対位置における現在値（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２，Ｃ２）として記憶する。また、制御部９３０は、第１相対位置における現在値である回転角センサ９３４の計測値であるＣ１と、第２相対位置における回転角センサ９３４の計測値であるＣ２と、を比較し、差分ΔＣ２を求めて記憶する。さらに、制御部９３０は、第２距離値（Ｌａ２，Ｌｂ２，Ｌｃ２，Ｌｄ２，Ｌｄ２，Ｌｆ２）を記憶する。この、ステップＳ１０８〜ステップＳ１１１の処理が、本実施形態における調整工程を構成する。
【０１３６】
次に、制御部９３０は、後段加工開始点までの距離を演算する（Ｓ１１２）。この処理において、制御部９３０は、工具２１３のワーク２１７に対する相対位置、姿勢が待機位置となる位置関係まで各移動ステージを移動させる移動距離を求める。具体的には、まず、制御部９３０は、姿勢調整軸であるＣ軸テーブル２１０の角度を、第１相対位置における角度から第２相対位置における角度に変更した差分であるΔＣ２を、ステップＳ１１２の処理において使用する。制御部９３０は、以下の数式１に、差分（ΔＸ１，ΔＹ１，ΔＺ１）の値を代入するとともに、差分ΔＣ２をΦとして代入し、各移動ステージの移動量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）を得る。
【０１３７】
【数１】
2017045314.tif 000003
【０１３８】
次に、制御部９３０は、ステップＳ１１２の処理によって算出した移動量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）で各移動ステージを駆動し、後段加工開始前の待機位置へ各移動ステージを移動する（Ｓ１１３）。
【０１３９】
次に、制御部９３０は、後段加工プログラム９４４ｂを読み込む（Ｓ１１４）。この処理において、制御部９３０は、後段加工の実行時における各移動ステージの動作内容が記述された後段加工プログラム９４４ｂを読み込み、後段加工プログラム９４４ｂを開始する。そして、制御部９３０は、待機位置からの相対位置である後段加工開始点まで各移動ステージを駆動し、後段加工終了まで加工を行う後段加工プログラム９４４ｂを読み込む。
【０１４０】
次に、制御部９３０は、後段加工プログラム９４４ｂの変換を行う（Ｓ１１５）。この処理において、制御部９３０は、後段加工プログラム９４４ｂにおいて機械座標系で記載された内容を、工具座標系に変換する。ここで、後段加工プログラム９４４ｂには、工具２１３のワーク２１７に対する相対的な位置に基づいた移動距離が記載されている。制御部９３０は、数式１と略同様な数式２に、後段加工プログラム９４４ｂ内の単位時間当たりの移動距離（ΔＸｔ，ΔＹｔ，ΔＺｔ）の値を代入するとともに、差分ΔＣ２をΦとして代入し、変換後の移動距離（Δｘｔ，Δｙｔ，Δｚｔ）を得る。そして、制御部９３０は、後段加工プログラム９４４ｂのすべてに対しこの変換処理を実行する。
【０１４１】
【数２】
2017045314.tif 000004
【０１４２】
そして、制御部９３０は、変換後の後段加工プログラム９４４ｂに従い、後段加工を実行する（Ｓ１１６）。上述した通り、制御部９３０は、ステップＳ１１３の処理において、後段加工を介する待機位置への移動を終了している。そのため、制御部９３０は、変換後の後段加工プログラム９４４ｂに従って後段加工を行い、前段加工で行った加工部分に繋がる被加工領域（第２領域）に後段加工を実行可能となっている。後段加工プログラム９４４ｂに従って後段加工終了位置まで工具２１３がワーク２１７上を進んだ状態、すなわち後段加工が終了した状態を図１２（ｆ）に示す。ステップＳ１１５の処理によって、後段加工プログラム９４４ｂは、工具座標系に変換済みのため、工具２１３のワーク２１７に対する相対的な姿勢は、図１２（ａ）と同じ姿勢となっている。また、ステップＳ１０６の工具２１３の移設と、ステップＳ１０８〜Ｓ１１１の調整工程により、工具２１３のワーク２１７に対する姿勢は、機械座標系では傾いた姿勢となっている。
【０１４３】
以上のように、本実施形態に係る加工装置１００の制御方法では、工具２１３を移設する際にＺ方向２０３廻りの取付誤差が生じた場合にも、調整工程によって取付誤差を許容値内に抑えることができる。そして、工具座標系で後段加工を実行することで、前段加工から後段加工に移行する際に生じる誤差を低減し、高い加工精度で加工できる。
【０１４４】
なお、本実施形態において、制御部９３０は、第１相対測定と第２相対測定との差を求める際に、変位センサ２１９の測定値の差分（ΔＬａ，ΔＬｂ，ΔＬｃ，ΔＬｄ，ΔＬｅ，ΔＬｆ）を用いているが、これに限定されない。制御部９３０は、例えば、変位センサ２１９の相対位置関係と、計測基準部２１４ｂが備える直交する３面の直交度と、を考慮した計算を実行し、差分（ΔＬａ，ΔＬｂ，ΔＬｃ，ΔＬｄ，ΔＬｅ，ΔＬｆ）を求めてもよい。このように構成した場合、制御部９３０は、計測基準部２１４ｂが備える３つの面の内、１つの面に対して直交する方向から計測している２つ以上の変位センサ２１９の計測値の差と、変位センサ２１９間の距離と、を計測する。そして、制御部９３０は、計測した値から工具２１３のワーク２１７に対する１自由度の姿勢を測定する。つまり、工具座標系における差分（ΔＵ，ΔＶ，ΔＷ）と、機械座標系におけるＵ方向３０１、Ｖ方向３０２及びＷ方向３０３の各方向廻りの回転角度の（ΔωＵ，ΔωＶ，ΔωＷ）と、として、第１相対測定と第２相対測定との差を求めてもよい。また、加工装置１００は、工具２１３のワーク２１７に対する姿勢を求める際に、オートコリメータ等の別の測定手段を用いてもよい。
【０１４５】
また、本実施形態において、加工装置１００は、ワーク２１７の姿勢調整手段としてＣ軸テーブル２１０を有しているが、加工対象に応じて誤差を許容する方向が異なることから、Ｃ軸テーブル２１０以外の姿勢調整手段を有していてもよい。
【０１４６】
ここで、本実施形態における加工装置１００がＣ軸テーブル２１０を有する理由を説明するために、図１３（ａ）に、本実施形態における加工装置１００による加工がなされたワーク２１７の模式図を示す。図１３（ａ）に示すように、本実施形態における加工装置１００は、Ｙ方向２０２に平行な溝をＸ方向２０１に均等ピッチでワーク２１７に加工する。各溝の高さは、数マイクロメータから数十マイクロメータまでとなっている。また、各溝のピッチは、数マイクロメータから数百マイクロメータまでとなっている。このため、加工装置１００によるこのような加工においては、Ｚ方向２０３の切込深さの変化に対する誤差の許容値は大きくなっている。
【０１４７】
図１３（ａ）に示すように、加工装置１００による加工においては、前段加工部分４０１に形成された溝４０４と、繋ぎ部４０２を介した後段加工部分４０３に形成された溝４０５ａと、のそれぞれにがＹ方向２０２に平行であることが望ましい。しかしながら、図１３（ｂ）に示すように、加工装置１００による加工においては、前段加工部分４０１に形成された溝４０４と、繋ぎ部４０２を介した後段加工部分４０３に形成された溝４０５ｂと、がＹ方向２０２においてずれることは許容されない。また、加工装置１００による加工においては、Ｘ方向２０１のピッチ４０６が途中で変化することも許容されない。
【０１４８】
図１４に、加工装置１００において、工具２１３によってワーク２１７に溝加工する際の工具２１３の移動する軌跡を示す。図１４に示すように、加工装置１００は、まず、前段加工開始点から軌跡５０１ａで工具２１３を移動し、最初の溝をワーク２１７に形成する。次に、加工装置１００は、ワーク２１７から離れる軌跡５０２ａで工具２１３を移動する。次に、加工装置１００は、Ｙ方向２０２のスタート位置へ戻る軌跡５０３ａで工具２１３を移動する。そして、加工装置１００は、Ｙ方向２０２の次の溝加工を可能な位置へ移動する軌跡５０４ａで工具２１３を移動する。加工装置１００は、この一連の動きを繰り返し行い、前段加工を行う。つまり、加工装置１００は、軌跡５０４ａから、軌跡５０１ｂ、軌跡５０２ｂ、軌跡５０３ｂ、軌跡５０４ｂ、と工具２１３を移動する。そして、加工装置１００は、軌跡５０４ｂから、軌跡５０１ｃ、軌跡５０２ｃ、軌跡５０３ｃ、軌跡５０４ｃ、軌跡５０１ｄ、軌跡５０２ｄ、軌跡５０３ｄ、軌跡５０４ｄ、と工具２１３を移動する。
【０１４９】
このように、加工装置１００は、それぞれ平行な均等ピッチの溝加工を実行するために、工具２１３を正確にワーク２１７上で動かす必要がある。また、加工装置１００において、工具２１３を移設して繋ぎ加工を実行する際には、工具２１３のワーク２１７に対する相対的な距離だけでなく、工具２１３のワーク２１７に対する姿勢も考慮しなければ、工具２１３とワーク２１７との平行が保たれない。
【０１５０】
本実施形態では、図１３（ｂ）に示すような誤差の発生を防ぐために、Ｚ方向２０３廻りの回転方向であるωｚ方向に対する誤差を解消するＣ軸テーブル２１０を用いて誤差の発生を防いでいる。加工装置１００においては、加工目標形状によって、工具移設後の姿勢調整手段として他の２自由度であるＸ方向２０１廻りの回転方向であるωｘ方向と、Ｙ方向２０２廻りの回転方向であるωｙ方向と、のいずれか一方又は両方の姿勢調整が必要な場合もある。このような姿勢調整が必要な場合には、センサベース２１８とＣ軸テーブル２１０との間に、ωｘ方向とωｙ方向とのいずれか一方又は両方の調整を可能な機構として微動ステージを追加して、３自由度の姿勢調整を可能にしてもよい。
【０１５１】
また、本実施形態において、加工装置１００は、６個の変位センサ２１９によって６自由度の工具２１３のワーク２１７に対する位置及び姿勢を測定可能としているが、これに限定されない。加工装置１００は、加工目標形状によって、６自由度の工具２１３のワーク２１７に対する位置及び姿勢が必要でない場合には、必要に応じた数の変位センサを有していればよい。
【０１５２】
また。本実施形態において、加工装置１００は、変位センサ２１９をワーク２１７と一体にし、計測基準部２１４ｂを工具２１３と一体にしているが、これに限定されない。加工装置１００は、変位センサ２１９を工具２１３と一体にし、計測基準部２１４ｂをワーク２１７と一体にしてもよい。なお、このように構成した場合においても、加工装置１００は、工具２１３の移設前後の処理を、本実施形態と同様に、移設する工具２１３側の姿勢を基準とした工具基準系で行う必要がある。なお、ここでいう「一体」とは、各移動ステージ及びＣ軸テーブル２１０の回転により、一体に移動及び回転することを意味し、同一部材であることを意味するものではない。
【０１５３】
また、本実施形態において、加工装置１００は、ワーク２１７の姿勢調整にＣ軸テーブル２１０を用いているが、これに限定されない。加工装置１００は、ワーク２１７の姿勢調整の際に変更する角度が、数十マイクロラジアン程度であるため、圧電素子等のアクチュエータと板バネやヒンジ機構を用いた微小な傾きを制御する微動機構によって姿勢調整を行ってもよい。
【０１５４】
また、本実施形態において、加工装置１００は、ワーク２１７の被加工領域を前段と後段の２つに分割したが、３つ以上に分割し、前段と後段と分割した際と同様の手順で繋ぎ加工を行うことも可能である。
【符号の説明】
【０１５５】
１，１００…加工装置：１０，２００…加工機：１１，２１３…工具：１２，２１６…工具架台：１３…固定台（第１固定部）：１４…チルト装置（移動機構、第２固定部）：１５…工具ホルダ：１６…基準器：２１，２０４…Ｘステージ（ワーク架台、移動機構）：２２，２０５…Ｙステージ（移動機構）：２３，２０６…Ｚステージ（移動機構）：２４…Ｂ軸テーブル（移動機構）：２６…工具測定部：３１ｘ，３１ｙ，３１ｚ，９３１ｘ，９３１ｙ，９３１ｚ…測長センサ（位置測定部）：：３３ａ〜３３ｆ，２１９ａ〜２１９ｆ…変位センサ（相対位置測定部）：２１０…Ｃ軸テーブル（移動機構）：２１４ｂ…計測基準部（基準器）：２１７，Ｗ…ワーク
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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