(57)【要約】  レーザ型加工ツール及びこれを制御するための手法の様々な実施形態が提供される。ある実施形態は、ワークピースの均一かつ再現性のある加工を促進する方法に関するものである。他の実施形態は、焦点距離を高速で変化させることができるズームレンズに関するものである。さらに他の実施形態は、レーザエネルギーをスキャンヘッドに効率的に伝搬するのを促進することができ、ワークピース加工中に生じ得る熱機械的問題を解決することができるレーザ型多軸加工ツールの様々な特徴に関するものである。他の実施形態は、加工中のワークピース表面上への粒子状物質の望ましくない堆積を最小限にする、あるいはこれを防止するための方法に関するものである。数多くの他の実施形態及び構成の詳細も述べられる。
2020519446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースを処理するためのレーザ型多軸加工ツールであって、
レーザ光を生成するように構成されたレーザ源と、
支持フレームと、
スキャンヘッドと、
前記支持フレームと前記スキャンヘッドとの間に連結される第１のアクチュエータであって、前記支持フレームに対して第１の方向に沿って前記スキャンヘッドを並進させるように配置及び構成される第１のアクチュエータと、
前記第１のアクチュエータと前記支持フレームとの間に連結される第２のアクチュエータであって、前記支持フレームに対して第２の方向に沿って前記スキャンヘッド及び前記第１のアクチュエータを並進させるように配置及び構成される第２のアクチュエータと、
伝搬経路に沿って前記レーザ光を前記レーザ源から前記スキャンヘッドに案内するように配置及び構成される複数のミラーと
を備え、前記複数のミラーは、
前記支持フレームに連結される第１のミラーと、
第２のミラーであって、前記第２のミラーが前記第１のミラーに対して前記第２の方向に沿って移動できるように、また、前記スキャンヘッドが前記第２のミラーに対して前記第１の方向に沿って移動できるように前記第２のアクチュエータに連結される第２のミラーと
を含む、
レーザ型多軸加工ツール。
【請求項２】
ワークピースを処理するためのレーザ型加工ツールであって、
伝搬経路に沿って伝搬可能なレーザ光を生成するように構成されるレーザ源と、
前記伝搬経路に配置されるスキャンレンズと、
前記スキャンレンズに連結される第１のアクチュエータであって、前記スキャンレンズを第１の方向に沿って移動させるように配置及び構成される第１のアクチュエータと、
前記スキャンレンズと前記レーザ源との間の前記伝搬経路に配置されるズームレンズと
を備える、レーザ型加工ツール。
【請求項３】
前記ズームレンズは、前記ズームレンズが前記第１の方向に沿って移動できるように前記第１のアクチュエータに連結される、請求項２のレーザ型加工ツール。
【請求項４】
前記ズームレンズは、
前記伝搬経路に配置される収束レンズ素子と、
前記伝搬経路に配置される対物レンズ素子と
を含み、
前記収束レンズ素子は、前記収束レンズ素子に対して移動可能である、
請求項２のレーザ型加工ツール。
【請求項５】
前記対物レンズ素子は、発散レンズ素子を含む、請求項４のレーザ型加工ツール。
【請求項６】
前記ズームレンズは、前記対物レンズ素子に連結されるアクチュエータをさらに含む、請求項４のレーザ型加工ツール。
【請求項７】
レーザ光を用いてワークピースを処理するための多軸加工ツールであって、
ワークピースのあるスポットを照射するために伝搬経路に沿って伝搬可能なレーザ光を生成するように構成されるレーザ源と、
前記ワークピースを移動可能なワークピース位置決めアセンブリと、
前記スポットを移動可能なツールチップ位置決めアセンブリと、
前記ワークピース位置決めアセンブリと前記ツールチップ位置決めアセンブリとに連結されるコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記ワークピースと前記スポットとの間で一定の速度で相対移動を生じさせるように前記ワークピース位置決めアセンブリ及び前記ツールチップ位置決めアセンブリからなる群から選択される少なくとも１つの動作を制御可能であり、
前記相対移動は、第１の軸を中心として回転移動と前記第１の軸とは異なる第２の軸に沿った直線移動との同時移動を含む、
多軸加工ツール。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、2017年５月25日に提出された米国仮特許出願第62/511,072号及び2017年５月５日に提出された米国仮特許出願第62/502,311号の利益を主張するものであり、これらの出願はその全体が参照により組み込まれる。
【背景】
【０００２】
本発明の実施形態は、概して、多軸加工ツール内のツールの位置及び移動が１以上のアクチュエータを用いて制御される自動運動制御を可能とするためのシステム及び方法に関するものである。
【０００３】
運動制御は、（例えば、多関節座標ロボット構成、直交座標ロボット構成、円筒座標ロボット構成、極座標ロボット構成、デルタ座標ロボット構成など、又はこれらを組み合わせたものを伴う）ロボットシステム、数値制御（NC）機械、コンピュータNC（CNC）機械など（本明細書においては総称して包括的に「加工ツール」といい、これはワークピースを処理するように適合され得る）において重要な一面となっている。これらの加工ツールは、典型的には、１以上のコントローラと、１以上のアクチュエータと、１以上のセンサと（いずれも単体のデバイスであるか、アクチュエータに内蔵される）、ツールホルダ又はツールヘッドと、種々のデータ通信サブシステムと、オペレータ用インタフェイスと、これに類するものとを含んでいる。含まれるアクチュエータの種類と数に応じて、加工ツールは、独立して制御可能な複数の運動軸を有する「多軸」加工ツールとして提供され得る。
【０００４】
加工用途及び他の自動化用途において生産性を上げたいという市場の需要が続いていることから、加工ツールを種々のタイプのアクチュエータ、センサ及び関連するコントローラとともに利用することが多くなっている。場合によっては、多軸加工ツール（本明細書においては「ハイブリッド多軸加工ツール」ともいう）が、異なる帯域幅ではあるが同一の方向に沿って移動させることができる複数のアクチュエータを備えていることがある。一般的に、あるアクチュエータ（例えば第１のアクチュエータ）は、この第１のアクチュエータが、所定のスペクトル成分又は周波数成分を有するコマンド信号に対して、他のアクチュエータ（例えば第２のアクチュエータ）が同じコマンド信号に対して移動させることができるよりも正確に移動させることができる場合に、第２のアクチュエータよりも高い帯域幅を有するものとして特徴付けることができる。しかしながら、第１のアクチュエータが移動させることができる運動範囲が、第２のアクチュエータが移動させることができる運動範囲よりも小さいことが多い。
【０００５】
ハイブリッド多軸加工ツールの比較的高い帯域幅のアクチュエータと比較的低い帯域幅のアクチュエータとの間でどの運動要素を割り当てるかを決定することは簡単な作業ではない。通常の方策は、１以上の比較的低い帯域幅のアクチュエータを動作させて、処理されるワークピースを移動し、さらに／あるいは１以上の比較的高い帯域幅のアクチュエータをワークピースが処理される所望の位置又は「ゾーン」に移動し、その後、ワークピースの処理中に比較的高い帯域幅のアクチュエータを動作させつつ、比較的低い帯域幅のアクチュエータの位置を一定に維持することを含んでいる。その後、比較的低い帯域幅のアクチュエータを動作させてワークピース及び／又は比較的高い帯域幅のアクチュエータをワークピースが処理される他の「ゾーン」に移動させる。この運動制御に対する「ゾーンバイゾーン」アプローチ（「ステップアンドリピート」アプローチともいう）は、ハイブリッド多軸加工ツールのスループットと柔軟性を大きく制限するので、望ましいものではない。また、比較的高い帯域幅のアクチュエータが動作可能なワークピースの様々な「ゾーン」を適切に又は有利に規定することは、困難である場合がある。
【０００６】
米国特許第8,392,002号は、部品記述プログラムを処理して、この部品記述プログラムにおいて定義された（周波数に基づく）ツールチップ軌跡を、ハイブリッド多軸加工ツールの比較的低い帯域幅のアクチュエータと比較的高い帯域幅のアクチュエータに対する適切な位置制御データの異なるセットに分解することによって、「ゾーンバイゾーン」アプローチを実施することに関連した上記問題を解決することに取り組むものであると理解される。この米国特許の内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。しかしながら、米国特許第8,392,002号において認められているように、ハイブリッド多軸加工ツールが、２つの回転軸が３軸直交座標ステージ上にある５軸CNCマニピュレータを使ってワークピースを保持するように構成され、３つの直交座標軸においてツールチップを移動させる比較的高い帯域幅のアクチュエータを含んでいる場合には、周波数に基づいた分解アプローチを用いると、回転軸に関連する角度に誤差が生じ得る。
【概要】
【０００７】
一実施形態は、ワークピースを処理するためのレーザ型多軸加工ツールであって、レーザ光を生成するように構成されたレーザ源と、支持フレームと、スキャンヘッドと、上記支持フレームと上記スキャンヘッドとの間に連結される第１のアクチュエータであって、上記支持フレームに対して第１の方向に沿って上記スキャンヘッドを並進させるように配置及び構成される第１のアクチュエータと、上記第１のアクチュエータと上記支持フレームとの間に連結される第２のアクチュエータであって、上記支持フレームに対して第２の方向に沿って上記スキャンヘッド及び上記第１のアクチュエータを並進させるように配置及び構成される第２のアクチュエータと、伝搬経路に沿って上記レーザ光を上記レーザ源から上記スキャンヘッドに案内するように配置及び構成される複数のミラーとを備えるレーザ型多軸加工ツールとして広く特徴付けることができる。上記複数のミラーは、上記支持フレームに連結される第１のミラーと、第２のミラーであって、上記第２のミラーが上記第１のミラーに対して上記第２の方向に沿って移動できるように、また、上記スキャンヘッドが上記第２のミラーに対して上記第１の方向に沿って移動できるように上記第２のアクチュエータに連結される第２のミラーとを含んでいる。
【０００８】
他の実施形態は、ワークピースを処理するためのレーザ型多軸加工ツールであって、伝搬経路に沿って伝搬可能なレーザ光を生成するように構成されたレーザ源と、上記伝搬経路に配置されるスキャンレンズと、上記スキャンレンズに連結される第１のアクチュエータであって、上記スキャンレンズを第１の方向に沿って移動させるように配置及び構成される第１のアクチュエータと、上記スキャンレンズと上記レーザ源との間の上記伝搬経路に配置されるズームレンズとを備えるレーザ型加工ツールとして広く特徴付けることができる。
【０００９】
他の実施形態は、レーザ光を用いてワークピースを処理するための多軸加工ツールであって、ワークピースのあるスポットを照射するために伝搬経路に沿って伝搬可能なレーザ光を生成するように構成されるレーザ源と、上記ワークピースを移動可能なワークピース位置決めアセンブリと、上記スポットを移動可能なツールチップ位置決めアセンブリと、上記ワークピース位置決めアセンブリと上記ツールチップ位置決めアセンブリとに連結されるコントローラとを備え、上記コントローラは、上記ワークピースと上記スポットとの間で一定の速度で相対移動を生じさせるように上記ワークピース位置決めアセンブリ及び上記ツールチップ位置決めアセンブリからなる群から選択される少なくとも１つの動作を制御可能である、多軸加工ツールとして広く特徴付けることができる。上記相対移動は、第１の軸を中心として回転移動と上記第１の軸とは異なる第２の軸に沿った直線移動との同時移動を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、一実施形態による多軸加工ツールを制御するための制御システムを模式的に示すブロック図である。
【図２Ａ】図2A及び図2Bは、本発明のある実施形態によるワークピース位置決めアセンブリを模式的に示すものである。
【図２Ｂ】図2A及び図2Bは、本発明のある実施形態によるワークピース位置決めアセンブリを模式的に示すものである。
【図３】図３は、本発明の一実施形態によるツールチップ位置決めアセンブリを模式的に示すものである。
【図４】図４は、他の実施形態による多軸加工ツールを制御するための制御システムを模式的に示すブロック図である。
【図５】図５及び図６は、本発明のある実施形態による前処理ステージを模式的に示すブロック図である。
【図６】図５及び図６は、本発明のある実施形態による前処理ステージを模式的に示すブロック図である。
【図７】図７及び図８は、本発明のある実施形態による位置決めアセンブリ調整手法に関連付けられた例示的な位置及び移動を模式的に示すものである。
【図８】図７及び図８は、本発明のある実施形態による位置決めアセンブリ調整手法に関連付けられた例示的な位置及び移動を模式的に示すものである。
【図９】図９、図10及び図11は、本発明の一実施形態によるズームレンズを含む光学的構成を模式的に示すものである。
【図１０】図９、図10及び図11は、本発明の一実施形態によるズームレンズを含む光学的構成を模式的に示すものである。
【図１１】図９、図10及び図11は、本発明の一実施形態によるズームレンズを含む光学的構成を模式的に示すものである。
【図１２】図12は、図９、図10及び図11に関して述べられるように構成されるズームレンズを用いて行われる実験の結果を示すグラフである。
【図１３】図13及び13Bは、誤差補正手法を実現するための誤差補正システムの実施形態を模式的に示すブロック図である。
【図１３Ｂ】図13及び13Bは、誤差補正手法を実現するための誤差補正システムの実施形態を模式的に示すブロック図である。
【図１４】図14は、一実施形態によるハイブリッド多軸加工ツールを模式的に示す斜視図である。
【図１５】図15は、図14のXV-XV’線に沿って見たときの図14に示されるハイブリッド多軸加工ツールを模式的に示す部分側面図である。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００１１】
ここで、実施形態の例を添付した図面を参照しつつ述べる。明示的に述べている場合を除き、図面においては、コンポーネント、特徴部、要素などのサイズや位置などやそれらの間の距離は、必ずしも縮尺通りではなく、また理解しやすいように誇張されている。図面を通して同様の数字は同様の要素を意味している。このため、同一又は類似の数字は、対応する図面で言及又は説明されていない場合であっても、他の図面を参照して述べられることがある。また、参照番号の付されていない要素であっても、他の図面を参照して述べられることがある。
【００１２】
明細書において使用される用語は、特定の例示的な実施形態を説明するためだけのものであり、限定を意図しているものではない。特に定義されている場合を除き、本明細書において使用される（技術的用語及び科学的用語を含む）すべての用語は、当業者により一般的に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書で使用される場合には、内容が明確にそうではないことを示している場合を除き、単数形は複数形を含むことを意図している。さらに、「備える」及び／又は「備えている」という用語は、本明細書で使用されている場合には、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するものであるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はそのグループの存在又は追加を排除するものではないことを理解すべきである。特に示している場合を除き、値の範囲が記載されているときは、その範囲は、その範囲の上限と下限の間にあるサブレンジだけではなく、その上限及び下限を含むものである。特に示している場合を除き、「第１」や「第２」などの用語は、要素を互いに区別するために使用されているだけである。例えば、あるノードを「第１のノード」と呼ぶことができ、同様に別のノードを「第２のノード」と呼ぶことができ、あるいはこれと逆にすることもできる。
【００１３】
特に示されている場合を除き、「約」や「およそ」、「ほぼ」などは、量、サイズ、配合、パラメータ、及び他の数量及び特徴が、正確ではなく、また正確である必要がなく、必要に応じて、あるいは許容誤差、換算係数、端数計算、測定誤差など、及び当業者に知られている他のファクターを反映して、概数であってもよく、さらに／あるいは大きくても小さくてもよいことを意味している。本明細書において、「下方」、「下」、「下側」、「上方」、及び「上側」などの空間的に相対的な用語は、図に示されるような、ある要素又は特徴の他の要素又は特徴に対する関係を述べる際に説明を容易にするために使用され得るものである。空間的に相対的な用語は、図において示されている方向に加えて異なる方向を含むことを意図するものであることは理解すべきである。例えば、他の要素又は特徴の「下方」又は「下」にあるとして説明される要素は、図中の対象物が反転した場合には、他の要素又は特徴の「上方」を向くことになる。このように、「下方」という例示的な用語は、上方及び下方の方向の双方を含み得るものである。対象物が他の方向を向く場合（例えば90度回転される場合や他の方向にある場合）には、本明細書において使用される空間的に相対的な記述子はこれに応じて解釈され得る。
【００１４】
本明細書において使用されているセクション見出しは、特に明示されない限り、整理のためだけのものであり、述べられた主題を限定するものと解釈すべきではない。本開示の精神及び教示を逸脱することのない多くの異なる形態、実施形態及び組み合わせが考えられ、本開示を本明細書で述べた実施形態例に限定して解釈すべきではない。むしろ、これらの例及び実施形態は、本開示が完全かつすべてを含むものであって、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるように提供されるものである。
【００１５】
Ｉ．システム概説
概して、本明細書において述べられる実施形態は、ワークピースを処理するように構成された多軸加工ツール、そのような多軸加工ツールを制御するための方法、及び関連する構成に関するものとして特徴付けることができる。本明細書において述べられる実施形態に従い制御され得る多軸加工ツールの例としては、くり抜き機、フライス盤、プラズマ加工機、放電加工（EDM）システム、レーザ加工機、レーザマーキング装置、レーザドリリング装置、レーザエングレービング装置、遠隔レーザ溶接ロボット、3Dプリンタ、水噴射高圧ジェットカッタ、アブレーシブジェットカッタなどが挙げられる。このように、ルータビット、ドリルビット、ツールビット、研削ビット、ブレード等の機械的構造をワークピースに物理的に接触させて、ワークピースを構成する１以上の材料を除去したり、切断したり、研磨したり、粗くしたりなどするように構成されるものとして特徴付けることができる。これに加えて、あるいはこれに代えて、多軸加工ツールは、エネルギー（例えば、レーザ源により生成されたレーザ光やトーチにより生成された熱、イオン源又は電子源から生成されたイオンビーン又は電子ビームなど、あるいはこれらを任意に組み合わせた形態で）を方向付けて、あるいは物質（例えば、水、空気、砂又は他の研磨粒子、塗料、金属粉など又はこれらの任意の組み合わせ）の流れ又はジェットを方向付けて、ワークピースを構成する１以上の材料の１以上の特性又は特質（例えば、化学的組成、結晶構造、電子構造、マイクロ構造、ナノ構造、濃度、粘度、屈折率、透磁率、比誘電率、外観又は内観、テクスチャ、任意の波長の光の透過率、任意の波長の光の反射率など）を除去したり、切断したり、穿孔したり、研磨したり、粗くしたり、加熱したり、溶融させたり、気化させたり、アブレートしたり、割ったり、マーキングしたり、変色させたり、発泡させたり、塗布又はコーティングしたり、コーティングの除去をしたり、洗浄したり、溶接したり、スクライブしたり、刻印したり、あるいは改質又は変化させたりするように構成されるものとして特徴付けることができる。このような材料は、ワークピース加工の前又は加工中にワークピースの外表面に存在し得るか、あるいは、ワークピース加工の前又は加工中にワークピース内部に位置し得る（すなわち、ワークピースの外表面に存在していない場合がある）。加工の結果として、ワークピース上に、あるいはワークピース内に形成され得るフィーチャの例は、１以上の開口、スロット、ビア又は他の孔、溝、チャネル、トレンチ、スクライブライン、切溝、凹部、導電トレース、オーム接触、抵抗パターン、人間が読み取ることができる又は機械により読み取ることができる印など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものを含み得る。本明細書で使用される場合には、人間が読み取ることができる又は機械により読み取ることができる印は、上述した特性又は特質がこのフィーチャに接する又は隣接するワークピースの領域の対応する特性とは異なるワークピース内又はワークピース上の１以上の領域を含み得る。
【００１６】
どのようにワークピースが加工されるかにかかわらず、ワークピースの加工を行うために用いられる機構（例えば、上述した機械的構造のいずれか、方向性を有するエネルギー、方向性を有する物質の流れ又はジェットなど、又はこれらの任意の組み合わせ）は、本明細書において「ツール」と呼ばれる。上述した機械的構造のいずれかのようなツールは、本明細書において「接触型ツール」とも呼ばれ、方向性を有するエネルギー、方向性を有する物質の流れ又はジェットなどのようなツールは、本明細書において「非接触型ツール」とも呼ばれる。多軸加工ツールは、１以上のツールサブシステム（例えば、それぞれ上述したような異なるツールに関連付けられる）を含み得る。このツールサブシステムは、ツールを用いてワークピースを加工するように選択的に作動又は駆動され得る。例えば、ツールが上述した機械的構造のいずれかである場合には、多軸加工ツールは、ツールを回転又は移動させるためのツールサブシステム（例えば、ルータ、ドリル、ミルなど）を含み得る。ツールが方向性を有するエネルギーである場合には、多軸加工ツールは、（例えば、方向性を有するエネルギーがレーザ光である場合には）レーザサブシステム、（例えば、方向性を有するエネルギーが熱である場合には）トーチサブシステム、（例えば、方向性を有するエネルギーが電子ビーム、イオンビームなどである場合には）EDMサブシステム又は他の電子又はイオンビーム源のようなツールサブシステムを含み得る。ツールが方向性を有する物質の流れ又はジェットである場合には、多軸加工ツールは、ウォータージェットカッタ、アブレーシブジェットカッタ、エアガン噴霧器、静電塗装システムなどのようなツールサブシステムを含み得る。
【００１７】
ワークピースに物理的に接触するツールの１以上の部分あるいは（例えば、ワークピース内の熱又は電磁放射の吸収を介して、あるいはワークピース内に入射した電子又はイオンの運動エネルギーを熱に変換することにより、あるいはワークピースの腐食などにより）ワークピースと相互作用するツールの１以上の部分は、本明細書において、個々にかつ包括的に「ツールチップ」と呼ばれ、例えばツールチップで）ツールにより最終的に加工されるワークピースの領域は、本明細書において「ツール領域」と呼ばれる。ツールが、（例えば、ルータビット、ドリルビットなどと同様に）ワークピースと交差する軸を中心として回転可能な機械的構造である実施形態、あるいはツールが、ワークピースと交差する軸（本明細書においては「ツール軸」ともいう）に沿ってワークピースに向けられたエネルギー又は物質の流れ又はジェットである実施形態においては、ツール軸が交差するワークピースの表面の部分に対するツール軸の角度は、本明細書において「ツール角度」と呼ばれる。
【００１８】
多軸加工ツールは、ツールチップを位置決めし、あるいはワークピースを位置決めし、あるいはワークピースに対してツールチップを移動させ、あるいはツールチップに対してワークピースを移動させ、あるいはこれらを任意に組み合わせて行う１以上のアクチュエータを含んでいる。このように、ツールチップとワークピースとの間で相対移動を生じさせる際に、ワークピース上又はワークピース内でのツール領域の位置を変更することができる。それぞれのアクチュエータは、少なくとも１つの線形軸に沿って、あるいは少なくとも１つの回転軸に沿って、あるいはこれらを任意に組み合わせて、ツール領域を位置決めするか、あるいはツール領域とワークピースとの間で相対移動を生じさせるように配置又は構成されていてもよい。当該分野において知られているように、線形軸の例としては、Ｘ軸、（Ｘ軸に直交する）Ｙ軸、及び（Ｘ軸及びＹ軸に直交する）Ｚ軸が挙げられ、回転軸の例としては、Ａ軸（すなわち、Ｘ軸に平行な軸を中心とする回転を規定する）、Ｂ軸（すなわち、Ｙ軸に平行な軸を中心とする回転を規定する）、及びＣ軸（すなわち、Ｚ軸に平行な軸を中心とする回転を規定する）が挙げられる。
【００１９】
線形軸に沿ってツール領域を位置決めするか、あるいはツール領域とワークピースとの間で相対移動を生じさせるように配置又は構成されるアクチュエータは、一般的に「リニアアクチュエータ」と呼ばれる。回転軸に沿ってツール領域を位置決めするか、あるいはツール領域とワークピースとの間で相対移動を生じさせるように配置又は構成されるアクチュエータは、一般的に「ロータリアクチュエータ」と呼ばれる。多軸加工ツールの内部に含められることがあるリニアアクチュエータの例としては、１以上のＸ軸アクチュエータ（すなわち、Ｘ軸に沿った運動を生じさせるように配置又は構成されたアクチュエータ）、１以上のＹ軸アクチュエータ（すなわち、Ｙ軸に沿った運動を生じさせるように配置又は構成されたアクチュエータ）、１以上のＺ軸アクチュエータ（すなわち、Ｚ軸に沿った運動を生じさせるように配置又は構成されたアクチュエータ）、又はこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。多軸加工ツールの内部に含められることがあるロータリアクチュエータの例としては、１以上のＡ軸アクチュエータ（すなわち、Ａ軸に沿った運動を生じさせるように配置又は構成されたアクチュエータ）、１以上のＢ軸アクチュエータ（すなわち、Ｂ軸に沿った運動を生じさせるように配置又は構成されたアクチュエータ）、１以上のＣ軸アクチュエータ（すなわち、Ｃ軸に沿った運動を生じさせるように配置又は構成されたアクチュエータ）、又はこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。アクチュエータが、ツール領域を位置決めするように、あるいはツール領域とワークピースとの間で軸に沿って相対移動を生じさせるように配置又は構成されている場合には、アクチュエータは、その軸に「関連付けられている」ものとして特徴付けることができる。
【００２０】
多軸機械は、「スペクトル相補的」多軸加工ツールとして、あるいは「非スペクトル相補的」多軸加工ツールとして特徴付けることができる。スペクトル相補的多軸加工ツールは、異なる帯域幅で同一軸に沿った移動を生じさせることができる１組以上の冗長アクチュエータを含んでいる。非スペクトル相補的多軸加工ツールは、冗長アクチュエータの組を含んでいない。
【００２１】
多軸加工ツールは、「軸方向相補的」多軸加工ツールとして、あるいは「非軸方向相補的」多軸加工ツールとして特徴付けることができる。軸方向相補的多軸加工ツールは、少なくとも１つの回転軸に沿って、ツールチップ及び／又はワークピースを位置決めする又はツールチップ及び／又はワークピースに対して移動を生じさせるように構成された少なくとも１つのロータリアクチュエータと、少なくとも１つの線形軸に沿って、ツールチップ及び／又はワークピースを位置決めする又はツールチップ及び／又はワークピースに対して移動を生じさせるように構成された少なくとも１つのリニアアクチュエータとを含む１組の軸方向相補的アクチュエータを有している。軸方向相補的多軸加工ツールにおいては、ツール及び／又はワークピースがそれを中心として回転できる少なくとも１つの回転軸は、ツール及び／又はワークピースがそれに沿って並進運動できる少なくとも１つの線形軸と平行ではない。例えば、１組の軸方向相補的アクチュエータは、Ｂ軸に沿った運動を生じさせるように構成されたロータリアクチュエータと、Ｘ軸に沿った、あるいはＺ軸に沿った、あるいはＸ軸及びＺ軸に沿った運動を生じさせるように構成された少なくとも１つのリニアアクチュエータとを含み得る。他の例においては、１組の軸方向相補的アクチュエータは、Ｂ軸に沿った運動を生じさせるように構成されたロータリアクチュエータと、Ｃ軸に沿った運動を生じさせるように構成された少なくとも１つのロータリアクチュエータと、Ｘ軸に沿った、あるいはＺ軸に沿った、あるいはＸ軸及びＺ軸に沿った運動を生じさせるように構成された少なくとも１つのリニアアクチュエータとを含み得る。しかしながら、一般的に、１組の軸方向相補的アクチュエータは、互いに非冗長的であるものとして特徴付けることができる。非軸方向相補的多軸加工ツールは、１組の軸方向相補的アクチュエータを含んでいない。スペクトル相補的多軸加工ツール又は非スペクトル相補的多軸加工ツールのいずれも、軸方向相補的多軸加工ツールとして、あるいは非軸方向相補的多軸加工ツールとして構成され得ることは理解すべきである。
【００２２】
一般的に、多軸加工ツールのアクチュエータは、コンピュータファイル（例えば、Ｇコードコンピュータファイル）又はコンピュータプログラムから得られる、あるいは取得されるアクチュエータコマンドに応答して駆動される。アクチュエータコマンドがコンピュータファイル又はコンピュータプログラムから取得される実施形態においては、そのようなアクチュエータコマンドは、コンピュータファイル内又はコンピュータプログラムにより定義される所望の軌跡（又は所望の軌跡の成分）から補間されてもよい。この軌跡は、ワークピースの加工中に多軸加工ツールによりツール領域を位置決めする方法、方向付ける方法、移動させる方法などを記述した、ツールチップ及び／又はワークピースの一連の位置及び／又は（例えば１以上の空間軸に沿った）移動（線、円弧、スプラインなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものの）を定義し得る。ある実施形態においては、アクチュエータコマンドは、ツールチップ及び／又はワークピースの一連の位置及び／又は移動に対応し得る。
【００２３】
一般に、異なるアクチュエータコマンドは、異なる軸方向位置又は移動に対応することがあり、このため、「リニアアクチュエータコマンド」は、位置又は移動の線形成分に対応するアクチュエータコマンドであり、「ロータリアクチュエータコマンド」は、位置又は移動の回転成分に対応するアクチュエータコマンドである。特に、「Ｘ軸アクチュエータコマンド」は、Ｘ軸に沿った位置又は移動の線形成分に対応することがあり、「Ｙ軸アクチュエータコマンド」は、Ｙ軸（Ｙ軸はＸ軸に直交する）に沿った位置又は移動の線形成分に対応することがあり、「Ｚ軸アクチュエータコマンド」は、Ｚ軸（Ｚ軸はＹ軸に直交する）に沿った位置又は移動の線形成分に対応することがある。「Ａ軸アクチュエータコマンド」は、「Ａ軸」（Ａ軸回転運動は、Ｘ軸に平行な軸を中心とする回転の特徴を表している）に沿った位置又は移動の回転成分に対応することがあり、「Ｂ軸アクチュエータコマンド」は、「Ｂ軸」（Ｂ軸回転運動は、Ｙ軸に平行な軸を中心とする回転の特徴を表している）に沿った位置又は移動の回転成分に対応することがあり、「Ｃ軸アクチュエータコマンド」は、「Ｃ軸」（Ｃ軸回転運動は、Ｚ軸に平行な軸を中心とする回転の特徴を表している）に沿った位置又は移動の回転成分に対応することがある。アクチュエータコマンドが軸に沿った位置又は移動の成分に対応する場合には、そのアクチュエータコマンドは、その軸に「関連付けられている」ものとして特徴付けることができる。
【００２４】
本明細書において使用される場合には、「アクチュエータコマンド」という用語は、経時的に変化する振幅により特徴付けられる電気信号を意味し、このため、当該分野において「周波数成分」という表現で特徴付けられることもある。典型的には、多軸加工ツールのアクチュエータは、アクチュエータの帯域幅を制限する１以上の制約条件（例えば、速度条件、加速度条件、ジャーク条件など）によって特徴付けられる。本明細書において使用される場合には、アクチュエータの「帯域幅」は、アクチュエータがアクチュエータに関連付けられた限界周波数を超える周波数成分を有するアクチュエータコマンド（又はアクチュエータコマンドの一部）に正確かつ確実に反応又は応答することのできる能力を意味している。任意の特定のアクチュエータの限界周波数は、その特定のアクチュエータの種類、その特定のアクチュエータの特定の構成、その特定のアクチュエータの質量、その特定のアクチュエータに取り付けられる又はその特定のアクチュエータにより移動される物の質量などによって変化し得ることは理解すべきである。例えば、サーボモータ、ステッピングモータ、油圧シリンダなどの種類のアクチュエータに対する限界周波数は、（当該分野において知られているように）互いに同一であっても異なっていてもよいが、一般的には、ガルバノメータ、ボイスコイルモータ、圧電アクチュエータ、電子ビーム磁気偏向器、磁気歪みアクチュエータなどの種類のアクチュエータに対する限界周波数（これらは当該分野において知られているように互いに同一であっても異なっていてもよい）よりも低い。アクチュエータがどのように構成されるかによっては、ロータリアクチュエータは、リニアアクチュエータの限界周波数よりも低い限界周波数を有し得る。
【００２５】
最終的には、アクチュエータコマンドは、多軸加工ツールの対応するアクチュエータに出力される。それぞれのアクチュエータは、受信したアクチュエータコマンドに関連付けられた位置又は移動の成分に対応する軸に沿ってツールチップ及び／又はワークピースを位置決め又は移動することができる。例えば、Ｘ軸アクチュエータコマンドは、最終的に、Ｘ軸に沿ってツールチップ及び／又はワークピースを位置決め又は移動するように配置又は構成されたリニアアクチュエータに出力され、Ｂ軸アクチュエータコマンドは、最終的に、Ｂ軸に沿ってツールチップ及び／又はワークピースを位置決め又は移動するように（すなわち、Ｙ軸を中心としてツールチップ及び／又はワークピースを回転するように）配置又は構成されたロータリアクチュエータに出力されるなどされる。軌跡が、２以上の移動成分に分解可能な移動（例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ａ軸、Ｂ軸又はＣ軸のうち２つ以上における並行運動）を記述している場合には、そのような運動成分は、互いに「関連付け」られているものとして特徴付けることができる。軌跡により記述された運動の関連付けられた成分に対応するアクチュエータコマンドは、同様に、互いに「関連付け」られているものとして特徴付けることができる。アクチュエータコマンドが同期されて又は協調されてアクチュエータに出力される際に、所望の軌跡に一致する又は対応する経路（「ツール経路」ともいう）に沿ってツール領域を移動するようにツールチップとワークピースとの間で相対移動を生じさせることによりアクチュエータが本質的に反応又は応答する。
【００２６】
いくつかの組のアクチュエータコマンド（すなわち、「スペクトル相補的アクチュエータコマンド」及び「軸方向相補的アクチュエータコマンド」）の生成と使用に関する、ある一般的な実施形態を以下のセクションで述べる。２組のアクチュエータコマンドが別個に生成及び使用されるものとして一般的に述べられるが、２組のアクチュエータコマンドを組み合わせて一緒に生成及び使用できることは理解すべきである。図１から図４に関連して、２組のアクチュエータコマンドを組み合わせて生成及び使用する例を詳細に説明する。
【００２７】
Ａ．総じてスペクトル相補的多軸加工ツールのアクチュエータコマンドに関する実施形態
多軸加工ツールがハイブリッド多軸加工ツールである実施形態においては、１組のスペクトル相補的アクチュエータコマンドが、対応する１組の冗長アクチュエータに出力され得る。１組のスペクトル相補的アクチュエータコマンドにおいては、アクチュエータコマンドのうちの１つのコマンド（例えば第１のアクチュエータコマンド）の周波数成分は、アクチュエータコマンドのうちの他のコマンド（例えば第２のアクチュエータコマンド）の周波数成分よりも高く、第１のアクチュエータコマンドは、最終的に、（例えば、第１のスペクトル相補的アクチュエータコマンドに対して正確に又は確実に反応又は応答することができる）上記１組の冗長アクチュエータ内の比較的高い帯域幅のアクチュエータに出力され、第２のアクチュエータコマンドは、最終的に、（例えば、第１の周波数コマンドよりも第２の周波数コマンドに対してより正確に又はより確実に反応又は応答することができる）冗長アクチュエータの組における比較的低い帯域幅のアクチュエータに出力される。
【００２８】
スペクトル相補的アクチュエータコマンドの組は任意の好適な方法により生成することができる。例えば、スペクトル相補的アクチュエータコマンドの組は、本明細書で述べられているように、コンピュータファイル又はコンピュータプログラムから得られる、あるいは取得されるアクチュエータコマンド（例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ａ軸、Ｂ軸又はＣ軸などの単一の軸に沿った位置又は移動を記述したもの）を処理することにより生成することができる。この場合において、そのようなアクチュエータコマンドは、「予備アクチュエータコマンド」とも呼ばれ、予備周波数範囲にわたる周波数成分を有している。予備周波数範囲は、冗長アクチュエータの組における少なくとも１つのアクチュエータの限界周波数を超える１以上の周波数で無視できない周波数成分を含み得る。この予備アクチュエータコマンドは、１組のスペクトル相補的アクチュエータコマンドを生成するために処理され得る。
【００２９】
一般的に、それぞれのスペクトル相補的アクチュエータコマンドは、予備範囲内で予備範囲よりも狭い周波数サブレンジにわたる周波数成分を有している。具体的には、スペクトル相補的アクチュエータコマンドの組におけるそれぞれのアクチュエータコマンドの周波数成分は、冗長アクチュエータの組における対応するアクチュエータの限界周波数を超えない１以上の周波数において無視できない周波数成分を含んでいる。例えば、１組のスペクトル相補的アクチュエータコマンドの中で、スペクトル相補的アクチュエータコマンドのうちの１つのコマンド（例えば、冗長アクチュエータの組における第１のアクチュエータに最終的に出力される第１のスペクトル相補的アクチュエータコマンド）の周波数成分が第１の周波数サブレンジにわたり、スペクトル相補的アクチュエータコマンドのうちの他のコマンド（例えば、冗長アクチュエータの組における第２のアクチュエータに最終的に出力される第２のスペクトル相補的アクチュエータコマンド）の周波数成分が第２の周波数サブレンジにわたる。一実施形態においては、第１のサブレンジの平均周波数は、第２のサブレンジの平均周波数よりも低くてもよく、あるいは高くてもよく、あるいはこれと同じであってもよい。第１のサブレンジの範囲は、第２のサブレンジの範囲よりも大きくてもよく、あるいは小さくてもよく、あるいはこれと同じであってもよい。第１のサブレンジは、第２のサブレンジと重なっていてもよく、あるいは第２のサブレンジに隣接していてもよく、あるいは第２のサブレンジから離間していてもよい。
【００３０】
ある実施形態では、予備アクチュエータコマンドの処理は、予備アクチュエータコマンド（又は予備アクチュエータコマンドから取得された他のコマンド）を１以上の好適なアルゴリズムに従って修正することにより、あるいは、予備アクチュエータコマンド（又は予備アクチュエータコマンドから取得された他のコマンド）を減らすことにより、あるいは、予備アクチュエータコマンド（又は予備アクチュエータコマンドから取得された他のコマンド）に対して１以上の低次補間を適用することにより、予備アクチュエータコマンド（又は予備アクチュエータコマンドから取得された他のコマンド）に対して１以上の好適なフィルタを適用すること、又はこれに類するもの、又はこれらを任意に組み合わせたものを含むことができる。好適なフィルタの例としては、デジタルフィルタ、ローパスフィルタ、バッタワースフィルタなど、又はこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。好適なアルゴリズムの例としては、自己回帰移動平均アルゴリズムなどが挙げられる。ある実施形態では、米国特許第5,751,585号、第6,706,999号、及び第8,392,002号のうち１以上の米国特許に述べられているようにしてスペクトル相補的アクチュエータコマンドの組を生成することができる。これらの米国特許のそれぞれは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。しかしながら、米国特許第5,638,267号、第5,988,411号、第9,261,872号のうち１以上の米国特許において、あるいは、米国特許出願公開公報第2014/0330424号、第2015/0158121号、第2015/0241865号のうち１以上の米国特許出願公開公報において述べられている手法により、スペクトル相補的アクチュエータコマンドの組を生成することができることを理解すべきである。これらの米国特許及び米国特許出願公開公報のそれぞれは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００３１】
処理済みスペクトル相補的アクチュエータコマンドの組は、２つのスペクトル相補的アクチュエータコマンドだけを含むように述べられているが、スペクトル相補的アクチュエータコマンドの組は、任意の個数（例えば、３個、４個、５個、６個、７個、８個など）のスペクトル相補的アクチュエータコマンドを含んでいてもよいことを理解すべきである。共通軸に対応する１組のスペクトル相補的アクチュエータコマンドにおけるスペクトル相補的アクチュエータコマンドの個数は、共通軸に沿って位置決め又は移動を行うことができる冗長アクチュエータの組における冗長アクチュエータの個数と等しくすることができる。
【００３２】
Ｂ．総じて軸方向相補的多軸加工ツール用のアクチュエータコマンドに関する実施形態
時として、ロータリアクチュエータ（例えばＢ軸アクチュエータ）に送られるロータリアクチュエータコマンド（例えばＢ軸アクチュエータコマンド）は、ロータリアクチュエータの限界周波数を超える無視できないような周波数成分を含んでいる。したがって、多軸加工ツールが軸方向相補的多軸加工ツールである実施形態においては、１組の軸方向相補的アクチュエータコマンドを、ロータリアクチュエータを含む１組の軸方向相補的アクチュエータを出力して、ロータリアクチュエータの限られた帯域幅性能を補償するようにしてもよい。例えば、１組の軸方向相補的アクチュエータコマンドは、ロータリアクチュエータの限界周波数を超えない周波数成分を有する軸方向相補的ロータリアクチュエータコマンドと、少なくとも１つの軸方向相補的リニアアクチュエータコマンドとを含み得る。軸方向相補的ロータリアクチュエータコマンドをロータリアクチュエータに出力してもよく、少なくとも１つの軸方向相補的リニアアクチュエータコマンドを１以上の対応するリニアアクチュエータ（すなわち、ロータリアクチュエータと同じ組の軸方向相補的アクチュエータ内にあるもの）に出力してもよい。
【００３３】
任意の好適な方法により軸方向相補的アクチュエータコマンドの組を生成することができる。例えば、本明細書で述べられているようにコンピュータファイル又はコンピュータプログラムから得られる、あるいは取得されるロータリアクチュエータコマンド（例えば、Ｂ軸のような単一の回転軸に沿った位置又は移動を記述したもの）を処理することにより軸方向相補的アクチュエータコマンドの組を生成することができる。この場合において、そのようなロータリアクチュエータコマンドは、「ロータリアクチュエータコマンド」とも呼ばれ、予備周波数範囲にわたる周波数成分を有している。予備周波数範囲は、ロータリアクチュエータの限界周波数を超える１以上の周波数において無視できない周波数成分を含み得る。予備ロータリアクチュエータコマンドが処理され、少なくとも１つの軸方向相補的ロータリアクチュエータコマンド及び少なくとも１つの軸方向相補的リニアアクチュエータコマンドを含む１組の軸方向相補的アクチュエータコマンドが生成されてもよい。
【００３４】
ある実施形態では、予備ロータリアクチュエータコマンドの処理は、予備ロータリアクチュエータコマンド（又は予備ロータリアクチュエータコマンドから取得された他のコマンド）を１以上の好適なアルゴリズムに従って修正することにより、あるいは、予備ロータリアクチュエータコマンド（又は予備ロータリアクチュエータコマンドから取得された他のコマンド）を減らすことにより、あるいは、予備ロータリアクチュエータコマンド（又は予備ロータリアクチュエータコマンドから取得された他のコマンド）に対して１以上の低次補間を適用することにより、予備ロータリアクチュエータコマンド（又は予備ロータリアクチュエータコマンドから取得された他のコマンド）に対して１以上の好適なフィルタを適用すること、又はこれに類するもの、又はこれらを任意に組み合わせたものを含むことができる。好適なフィルタの例としては、デジタルフィルタ、ローパスフィルタ、バッタワースフィルタなど、又はこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。好適なアルゴリズムの例としては、自己回帰移動平均アルゴリズムなどが挙げられる。
【００３５】
II．軸方向相補的アクチュエータ及び冗長リニアアクチュエータを有する多軸加工ツールの制御
図１は、多軸加工ツールを制御するための制御システム100を模式的に示すブロック図であり、多軸加工ツールは、一実施形態によれば、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102と、比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104と、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106と、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108と、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110と、比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112と、Ｂ軸アクチュエータ114と、Ｃ軸アクチュエータ116とを含んでいる。本明細書で述べられる軸間の空間的関係を示す凡例は101で示されている。一実施形態においては、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110及び比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112は、それぞれＢ軸アクチュエータ114及びＣ軸アクチュエータ116の帯域幅以上の帯域幅を有している。しかしながら、他の実施形態においては、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110及び比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112のうちの１つ以上が、Ｂ軸アクチュエータ114及びＣ軸アクチュエータ116の帯域幅よりも小さい帯域幅を有していてもよい。
【００３６】
それぞれ比較的低い帯域幅と比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102及び108は、１組の冗長アクチュエータ（すなわち１組の冗長Ｘ軸アクチュエータ）を構成する。同様に、１組の冗長アクチュエータが、それぞれ比較的低い帯域幅と比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104及び110の組（すなわち１組の冗長Ｙ軸アクチュエータ）と、それぞれ比較的低い帯域幅と比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106及び112の組（すなわち１組の冗長Ｚ軸アクチュエータ）とにより構成される。図示された実施形態は、２個のリニアアクチュエータだけから構成される１組の冗長リニアアクチュエータを有する多軸加工ツールについて述べるが、多軸加工ツールは、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のいずれかに沿った移動を生じさせるように配置又は構成された１以上の付加的なリニアアクチュエータをさらに備えていてもよく、いずれの組の冗長アクチュエータも、３個以上のリニアアクチュエータを含んでいてもよいことは理解されよう。
【００３７】
一実施形態においては、いずれの組の冗長アクチュエータにおけるアクチュエータも、同じ組の冗長アクチュエータにおける他のアクチュエータに取り付けられることはなく、また他のアクチュエータにより移動されることもない。例えば、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108は、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102に取り付けられておらず、このアクチュエータ102により移動されることもない。しかしながら、他の実施形態では、１組の冗長アクチュエータ内の少なくとも１つのアクチュエータが、同じ組の冗長アクチュエータにおける他のアクチュエータに取り付けられていてもよく、他のアクチュエータにより移動されてもよい。そのような実施形態においては、１組の冗長アクチュエータにおける比較的低い帯域幅のアクチュエータが、同じ組の冗長アクチュエータにおける比較的高い帯域幅のアクチュエータを移動させてもよく、あるいは比較的高い帯域幅のアクチュエータにより移動されてもよい。
【００３８】
一実施形態においては、冗長Ｘ軸アクチュエータの組の中の１以上のアクチュエータ及び／又は冗長Ｚ軸アクチュエータの組の中の１以上のアクチュエータとともに考えると、Ｂ軸アクチュエータ114が１組の軸方向相補的アクチュエータを構成する。同様に、冗長Ｘ軸アクチュエータの組の中の１以上のアクチュエータ及び／又は冗長Ｙ軸アクチュエータの組の中の１以上のアクチュエータとともに考えると、Ｃ軸アクチュエータ116が１組の軸方向相補的アクチュエータを構成する。さらに、冗長Ｘ軸アクチュエータの組の中の１以上のアクチュエータ、冗長Ｙ軸アクチュエータの組の中の１以上のアクチュエータ、及び／又は冗長Ｚ軸アクチュエータの組の中の１以上のアクチュエータとともに考えると、Ｂ軸アクチュエータ114及びＣ軸アクチュエータ116が１組の軸方向相補的アクチュエータを構成する。
【００３９】
図示された実施形態では、多軸加工ツールはＡ軸アクチュエータを含んでいない。しかしながら、多軸加工ツールはＡ軸アクチュエータを含んでいてもよく、本明細書で述べられているようにＡ軸アクチュエータを制御するように本明細書で述べられる実施形態を適応させてもよいことは理解すべきである。
【００４０】
Ａ．ワークピース位置決めアセンブリに関する実施形態
一実施形態においては、本明細書において「ワークピース位置決めアセンブリ」と呼ばれる一種の位置決めアセンブリの一部として、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102と比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104と比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106とＢ軸アクチュエータ114とＣ軸アクチュエータ116とを統合してもよい。このワークピース位置決めアセンブリは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸、Ｃ軸、又はこれらを任意に組み合わせた軸に沿って同時的に又は非同時的にワークピースを位置決め又は移動させるように構成されている。例えば、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102、比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106、Ｂ軸アクチュエータ114、及びＣ軸アクチュエータ116のそれぞれは、それらのアクチュエータのうち１以上のアクチュエータを互いに装着又は機械的に結合できるようにする１以上の要素（例えば、ステージ、固定具、チャック、レール、軸受、ブラケット、クランプ、ストラップ、ボルト、ネジ、ピン、保持リング、繋ぎ部材など（図示せず））を含んでいてもよい。この場合において、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106を（例えば、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102によって移動可能となるように）比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102上に載置してもよく、比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104を（例えば、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102、又はこれらを任意に組み合わせたものにより移動可能となるように）比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106上に載置してもよく、Ｂ軸アクチュエータ114を（例えば、比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102、又はこれらを任意に組み合わせたものにより移動可能となるように）比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104上に載置してもよく、Ｃ軸アクチュエータ116を（例えば、Ｂ軸アクチュエータ114、比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102、又はこれらを任意に組み合わせたものにより移動可能となるように）Ｂ軸アクチュエータ114上に載置してもよい。図2Aは、上述したワークピース位置決めアセンブリ（例えばワークピース位置決めアセンブリ200）におけるアクチュエータの例示的な構成を模式的に示すものである。しかしながら、他の実施形態では、ワークピース位置決めアセンブリ200内のアクチュエータのうち１以上のアクチュエータが、他の任意の好適な方法又は所望の方法で違ったように配置されていてもよい。
【００４１】
また、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102、比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106、Ｂ軸アクチュエータ114、及びＣ軸アクチュエータ116のうち１以上のアクチュエータを適切な場合にあるいは必要に応じてワークピース位置決めアセンブリから省略してもよいことを理解すべきである。例えば、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102及び比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106をワークピース位置決めアセンブリ200から省略してもよく、図2Bは、その結果得られるワークピース位置決めアセンブリ（すなわちワークピース位置決めアセンブリ201）におけるアクチュエータの例示的な配置を模式的に示している。しかしながら、他の実施形態においては、ワークピース位置決めアセンブリ201内のアクチュエータのうち１つ以上が他の任意の好適な方法又は所望の方法で違ったように配置されていてもよい。
【００４２】
上記の観点から、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102、比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106、Ｂ軸アクチュエータ114、及びＣ軸アクチュエータ116のそれぞれは、それぞれ１以上の油圧シリンダ、１以上の空気圧シリンダ、１以上のサーボモータ、１以上のボイスコイルアクチュエータ、１以上の圧電アクチュエータ、１以上の電歪素子など、又はこれらを任意に組み合わせたものにより駆動される１以上のステージ（例えば、ダイレクトドライブステージ、親ネジステージ、ボールネジステージ、ベルト駆動ステージなど）であってもよいことは理解すべきである。さらに、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102、比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106、Ｂ軸アクチュエータ114、及びＣ軸アクチュエータ116のうちいずれかは、連続運動又はステップ状（増分）運動を提供するように構成されていてもよい。
【００４３】
任意の好適な方法又は所望の方法でワークピースを維持、保持、移送などするために、ワークピース固定具（図示せず）が（例えば、比較的低い帯域幅のＣ軸アクチュエータ116において）ワークピース位置決めアセンブリに機械的に連結されていてもよい。したがって、固定具によってワークピースをワークピース位置決めアセンブリに連結することができる。ワークピース固定具は、ワークピースをクランプ可能、固定可能、保持可能、固着可能又は支持可能な１以上のチャック又は他のクランプ、クリップ、又は他の固定装置（例えば、ボルト、ネジ、保持リング、ストラップ、繋ぎ部材など）であってもよい。
【００４４】
Ｂ．ツールチップ位置決めアセンブリに関する実施形態
一実施形態においては、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110、及び比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112は、本明細書において「ツールチップ位置決めアセンブリ」と呼ばれる一種の位置決めアセンブリ内に組み込まれていてもよい。このツールリップ位置決めアセンブリは、多軸加工ツールに関連付けられたツールチップをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、又はこれらを任意に組み合わせた軸に沿って同時的に又は非同時的に位置決め又は移動させるように構成されている。しかしながら、適切な場合にあるいは必要に応じてツールチップ位置決めアセンブリから比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110、及び比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112を省略してもよいことは理解すべきである。例えば、比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112をツールチップ位置決めアセンブリから省略してもよい。一般的に、ツールチップ位置決めアセンブリは、ロータリアクチュエータを含んでいない。しかしながら、必要に応じて１以上のロータリアクチュエータ（例えば、１以上のＡ軸ロータリアクチュエータ、Ｂ軸ロータリアクチュエータ又はＣ軸ロータリアクチュエータ）を含むようにツールチップ位置決めアセンブリを構成してもよいことは理解すべきである。
【００４５】
ツールチップ位置決めアセンブリに含まれる上述した比較的高い帯域幅のアクチュエータ（すなわち、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110及び比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112）に加えて、ツールチップ位置決めアセンブリが、比較的低い帯域幅のアクチュエータのうちの１つ以上をさらに含んでいてもよい。例えば、一実施形態においては、ツールチップ位置決めアセンブリは、ワークピース位置決めアセンブリ内に組み込まれていない１以上の比較的低い帯域幅のアクチュエータを含んでいる。例えば、ワークピース位置決めアセンブリが比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104、Ｂ軸アクチュエータ114及びＣ軸アクチュエータ116を含んでいる実施形態（例えば、Ｂ軸アクチュエータ114が、比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104上に比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104により移動可能となるように装着され、Ｃ軸アクチュエータ116が、Ｂ軸アクチュエータ114上にＢ軸アクチュエータ114又は比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104により移動可能となるように装着され、あるいはこれらを任意に組み合わせた場合）においては、ツールチップ位置決めアセンブリは、（例えば、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106が、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102上に比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102により移動可能となるように装着される場合には）比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102及び比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106を含むことができる。この実施形態においては、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110及び比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112のうちの１つ以上を比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106に、あるいは比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102に、あるいは多軸加工ツールの（移動可能な又は静止した）他の任意の構成要素に装着してもよい。
【００４６】
一般的に、ワークピースの加工を行うために使用されるメカニズム（すなわち、使用される「ツール」）に応じて、ツールチップ位置決めアセンブリは、「シリアルツールチップ位置決めアセンブリ」として、又は「パラレルツールチップ位置決めアセンブリ」又は（例えば、シリアルツールチップ位置決めアセンブリとパラレルツールチップ位置決めアセンブリに特有の特徴を組み合わせた）「ハイブリッドツールチップ位置決めアセンブリ」として特徴付けることができる。
【００４７】
ｉ．シリアルツールチップ位置決めアセンブリに関する実施形態
一実施形態においては、使用されるツールが機械的構造（例えば、ルータビット、ドリルビット、ツールビット、研削ビット、ブレードなど）である場合に、シリアルツールチップ位置決めアセンブリを用いることができる。シリアルツールチップ位置決めアセンブリ内において、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110、及び比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112のそれぞれは、そのようなアクチュエータのうち１以上のアクチュエータを互いに装着又は機械的に結合できるようにする１以上の要素（例えば、ステージ、固定具、チャック、レール、軸受、ブラケット、クランプ、ストラップ、ボルト、ネジ、ピン、保持リング、繋ぎ部材など（図示せず））を含んでいてもよい。この場合において、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110は、（例えば、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108によって移動可能となるように）比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108上に装着されていてもよく、比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112は、（例えば、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、又はこれらを任意に組み合わせたものにより移動可能となるように）比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110上に装着されていてもよい。しかしながら、他の実施形態では、シリアルツールチップ位置決めアセンブリ内のアクチュエータのうち１以上のアクチュエータは、他の任意の好適な方法又は所望の方法で違ったように配置されていてもよい。典型的には、シリアルツールチップ位置決めアセンブリは、使用されるツールが機械的構造（例えば、ルータビット、ドリルビット、ツールビット、研削ビット、ブレードなど）を含んでいる場合に用いられる。また、シリアルツールチップ位置決めアセンブリは、使用されるツールが、例えばノズルやヘッドなどから噴出される物質（例えば、水、空気、砂又は他の研磨粒子、塗料、金属粉など又はこれらの任意の組み合わせ）の流れ又はジェットを含む場合にも用いることができる。
【００４８】
上記の観点から、シリアルツールチップ位置決めアセンブリ内の比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110、及び比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112のそれぞれは、それぞれ１以上の油圧シリンダ、１以上の空気圧シリンダ、１以上のサーボモータ、１以上のボイスコイルアクチュエータ、１以上の圧電アクチュエータ、１以上の電歪素子など、又はこれらを任意に組み合わせたものにより駆動される１以上のリニアステージ（例えば、ダイレクトドライブステージ、親ネジステージ、ボールネジステージ、ベルト駆動ステージなど）であってもよいことは理解すべきである。さらに、シリアルツールチップ位置決めアセンブリ内の比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110、及び比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112のうちいずれかは、連続運動又はステップ状（増分）運動を提供するように構成されていてもよい。
【００４９】
任意の好適な方法又は所望の方法で機械的構造（例えば、ルータビット、ドリルビット、ツールビット、研削ビット、ブレードなど）を維持、保持、移送などするために、ツール固定具（図示せず）が（例えば、比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112において）シリアルツールチップ位置決めアセンブリに機械的に連結されていてもよい。したがって、ツール固定具によって機械的構造をシリアルツールチップ位置決めアセンブリに連結することができる。ツール固定具は、１以上のチャック又は他のクランプ、クリップ、又は他の固定装置（例えば、ボルト、ネジ、保持リング、ストラップ、繋ぎ部材など）であってもよい。使用されるツールが物質（例えば、水、空気、砂又は他の研磨粒子、塗料、金属粉など又はこれらの任意の組み合わせであって、当該分野において知られているように、水、空気、砂、粒子、塗料、粉体など、又はこれらの組み合わせのソースにより供給されるもの）の流れ又はジェットを含む場合には、その流れやジェットが噴出するノズルやヘッドなどが「ツール固定具」として特徴付けられる。
【００５０】
ii．パラレルツールチップ位置決めアセンブリに関する実施形態
一実施形態においては、使用されるツールが、方向付けられたエネルギービームなどである場合には、パラレルツールチップ位置決めアセンブリを用いることができる。パラレルツールチップ位置決めアセンブリ内では、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110、及び比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112のうち１つ以上の性質及び構成が、使用されるツールに依存する。
【００５１】
例えば、使用されるツールが（例えば、当該分野において知られているような電子源又はイオン源から生成される）電子又はイオンのビームである場合には、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110、及び比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112は、１以上の磁気レンズ、円柱レンズ、アインツェルレンズ、四重極レンズ、多極レンズなど、又はこれらを任意に組み合わせたものであってもよい。
【００５２】
他の例においては、使用されるツールがレーザ光（例えば、当該分野において知られているような１以上のレーザ源から生成される、一連のパルスとして、又は連続又は準連続レーザ光ビームとして、又はこれらを任意に組み合わせたものとして現れる）である場合には、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108及び比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110のそれぞれは、ガルバノメータ駆動ミラーシステム、ファーストステアリングミラーシステム（例えば、ボイスコイルモータ、圧電アクチュエータ、電歪アクチュエータ、磁気歪みアクチュエータにより駆動されるミラーなど）、微小電気機械システム（MEMS）ミラーシステム、適応制御光学（AO）システム、電気光学偏向器（EOD）システム、音響光学偏向器（AOD）システム（例えば、印加RF信号に応答して、Ｘ軸又はＹ軸のような軸に沿ってレーザ光を回折させるように配置及び構成される）など、又はこれらを任意に組み合わせたものであってもよい。ツールがレーザ光の集束ビームとして提供される場合（この場合には、「ツールチップ」は、ワークピースを加工するのに十分に高いフルエンスを有するレーザ光の集束ビームの領域である）には、比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112は、１以上のAODシステム（例えば、１以上のチャーピングされた印加RF信号に応答して、Ｘ軸及びＹ軸のような２つの軸に沿ってレーザ光を回折させるように配置及び構成される）、レーザ光が伝搬する経路（すなわち「伝搬経路」）に配置された固定焦点距離レンズであって、伝搬経路に沿ってレンズを移動させるように構成されたアクチュエータ（例えばボイスコイル）に連結された固定焦点距離レンズ、伝搬経路に配置された可変焦点距離レンズ（例えば、ズームレンズ、又は現在COGNEX、VARIOPTICなどにより提供される技術を組み込んだ、いわゆる「液体レンズ」）など、又はこれらを任意に組み合わせたものであり得る。
【００５３】
図３は、レーザ光の集束ビームに関連付けられたツールチップを位置決め又は移動するように構成されたパラレルツールチップ位置決めアセンブリの一実施形態を模式的に示している。図３を参照すると、パラレルツールチップ位置決めアセンブリ300は、第１のガルバノメータ駆動ミラーシステム（ここでは比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108である）及び第２のガルバノメータ駆動ミラーシステム（ここでは比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110である）によって偏向された伝搬経路304に沿って伝搬するレーザ光ビームを集光するように構成されるスキャンレンズ302（例えば、ｆシータレンズ、テレセントリックレンズ、アキシコンレンズなど）を必要に応じて含んでいる。図示されているように、第１のガルバノメータ駆動ミラーシステムは、（例えばシャフトを介して）モータ308aに連結されるミラー306aを含んでおり、このモータ308aは、（例えば、Ｘ軸に沿ったレーザ光ビームの偏向を可能とするように）Ｙ軸周りにミラー306aを回転させるように構成されている。同様に、第２のガルバノメータ駆動ミラーシステムは、（例えばシャフトを介して）モータ308bに連結されるミラー306bを含んでおり、このモータ308bは、（例えば、Ｙ軸に沿ったレーザ光ビームの偏向を可能とするように）Ｘ軸周りにミラー306bを回転させるように構成されている。比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112として、パラレルツールチップ位置決めアセンブリ300は、アクチュエータ（例えば、ボイスコイル（図示せず））に連結されたレンズを含んでいてもよく、このアクチュエータは、両側矢印310により示される方向にレンズを伝搬経路304に沿って移動するように構成されている。
【００５４】
ある場合においては、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110、及び比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112のうちの２つ以上により提供される機能を同一のシステムにより提供することができる。例えば、ファーストステアリングミラーシステム、MEMSミラーシステム、AOシステムなどのシステムを駆動してＸ軸及びＹ軸に沿ってレーザ光を偏向することができる。MEMSミラーシステム、AOシステム、及び１対のAODシステム（例えば、Ｘ軸に沿ってレーザ光を偏向するように配置及び構成されたAODシステムとＹ軸に沿ってレーザ光を偏向するように配置及び構成された他のAODシステム）のようなシステムを駆動してＸ軸及びＹ軸に沿ってレーザ光を偏向し、ツール領域でレーザ光に照射されるスポットのサイズを変更することができる（これにより、Ｚ軸に沿った加工中にワークピースに伝達される集束レーザ光のビームウェストの位置を効果的に変更することができる）。したがって、そのようなシステムは、アクチュエータが提供及び駆動される形態に応じて、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110、比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112、又はこれらを任意に組み合わせたものとして特徴付けることができる。
【００５５】
iii．ハイブリッドツールチップ位置決めアセンブリに関する実施形態
一実施形態においては、使用されるツールが方向付けられたエネルギービームなどである場合には、ハイブリッドツールチップ位置決めアセンブリを用いることができる。例えば、ガルバノメータ駆動ミラーシステム、ファーストステアリングミラーシステム（例えば、ボイスコイルモータ、圧電アクチュエータ、電歪アクチュエータ、磁気歪みアクチュエータにより駆動されるミラーなど）、MEMSミラーシステム、AOシステム、EODシステム、AODシステムなどのようなシステムとして提供される場合には、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108及び／又は比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110は、（例えば、比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112によって移動可能となるように）比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112に装着又は機械的に連結されていてもよい。この例では、比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112が、それぞれ１以上の油圧シリンダ、１以上の空気圧シリンダ、１以上のサーボモータ、１以上のボイスコイルアクチュエータ、１以上の圧電アクチュエータ、１以上の電歪素子など、又はこれらを任意に組み合わせたものにより駆動される１以上のステージ（例えば、ダイレクトドライブステージ、親ネジステージ、ボールネジステージ、ベルト駆動ステージなど）であってもよい。
【００５６】
他の例においては、ガルバノメータ駆動ミラーシステム、ファーストステアリングミラーシステム（例えば、ボイスコイルモータにより動作するミラー、圧電アクチュエータ、電歪アクチュエータ、磁歪アクチュエータなど）、MEMSミラーシステム、AOシステム、EODシステム、AODシステムなどのシステムとして提供される場合には、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108及び／又は比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110は、（例えば、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106により移動可能となるように）比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106に装着又は機械的に連結されていてもよい。ハイブリッドツールチップ位置決めアセンブリは、比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112（例えば、本明細書においてはパラレルツールチップ位置決めアセンブリに関して述べられたように提供される）をさらに含んでいてもよい。また、この比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112は、本明細書の実施形態のいずれかにおいて述べられたように、（例えば、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106により移動可能となるように）比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106に装着又は機械的に連結されていてもよい。あるいは、比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112は、多軸加工ツールの（移動可能な又は静止した）他の任意の構成要素に装着又は機械的に連結されていてもよい。比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110、比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112及び比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106に加えて、ハイブリッドツールチップ位置決めアセンブリは、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102をさらに含んでいてもよい。次に、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106は、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102に装着又は機械的に連結されていてもよい。この例では、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102及び比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106のそれぞれが、それぞれ１以上の油圧シリンダ、１以上の空気圧シリンダ、１以上のサーボモータ、１以上のボイスコイルアクチュエータ、１以上の圧電アクチュエータ、１以上の電歪素子など、又はこれらを任意に組み合わせたものにより駆動される１以上のステージ（例えば、ダイレクトドライブステージ、親ネジステージ、ボールネジステージ、ベルト駆動ステージなど）であってもよい。
【００５７】
他の例においては、MEMSミラーシステム、AOシステム、１対のAODシステムなどのシステムとして提供される場合には、比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112は、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108及び比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110のうちの一方に装着又は機械的に連結されていてもよく、その一方のアクチュエータは順番に比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108及び比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110のうちの他方に装着又は機械的に連結されていてもよい。この例では、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108及び比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110のそれぞれが、それぞれ１以上の油圧シリンダ、１以上の空気圧シリンダ、１以上のサーボモータ、１以上のボイスコイルアクチュエータ、１以上の圧電アクチュエータ、１以上の電歪素子など、又はこれらを任意に組み合わせたものにより駆動される１以上のステージ（例えば、ダイレクトドライブステージ、親ネジステージ、ボールネジステージ、ベルト駆動ステージなど）であってもよい。
【００５８】
Ｃ．ワークピース位置決めアセンブリ及びツールチップ位置決めアセンブリに関する追記
上記にかかわらず、（例えば、ワークピースを位置決め及び／又は移動するための）ワークピース位置決めアセンブリ内に組み込まれているものとして上記で述べられた比較的低い帯域幅のアクチュエータのいずれも、（例えば、ツールチップを位置決め及び／又は移動するための）ツールチップ位置決めアセンブリの一部として付加的に又は代替的に組み込まれていてもよいことは理解すべきである。さらに、上記にかかわらず、ある実施形態では、ワークピース位置決めアセンブリが、GF MACHINING SOLUTIONS MANAGEMENT社により提供されるAGIECHARMILLESレーザ製品ラインやMICROLUTION社により提供されるMICROLUTION ML-D、DMG MORI AKIENGESELLSHAFT/DMG森精機株式会社により提供されるLASERTEC製品ラインなど、現在当該分野において入手可能な任意の５軸ワークピース位置決め／移動アセンブリであってもよいことは理解すべきである。一実施形態においては、ワークピース位置決めアセンブリは、上述した米国特許第8,392,002号の図4A〜図4Cに述べられているようなものであってもよい。
【００５９】
同様に、上記にかかわらず、ある実施形態では、ツールチップ位置決めアセンブリは、CAMBRIDGE TECHNOLOGY社により提供される３軸スキャンシステム、RAYLASE社により提供されるMINISCAN、SUPERSCAN、AXIALSCAN、及びFOCUSSHIFER製品ライン、株式会社キーエンスにより提供されるMDシリーズ３軸ハイブリッドレーザマーカ製品ライン、ARGES社により提供されるスキャンヘッドのシリーズWOMBAT、ANTEATER、ELEPHANT、PRECESSION ELEPHANT、及びPRECESSION ELEPHANT 2、DMG MORI AKIENGESELLSHAFT/DMG森精機株式会社により提供されるLASERTEC製品ラインなど、現在当該分野において入手可能な任意のレーザスキャン又は集束アセンブリであってもよいことは理解すべきである。さらに、上記にかかわらず、ある実施形態では、ツールチップ位置決めアセンブリが、米国特許第8,121,717号に述べられているようなもの、又は国際公開公報第WO 2014/009150 A1号に述べられているようなもの（この米国特許及び国際公開公報のそれぞれは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。）、又は上述した米国特許第8,392,002号の図5A〜図5Cに述べられているようなものであってもよいことは理解すべきである。
【００６０】
上記では、多軸加工ツールの一実施形態のある構成要素について例示的に述べてきたが、次に、制御システム100により実現される、多軸加工ツールを制御するためのアクチュエータコマンドを処理及び生成するためのアルゴリズムについて図１を参照してより詳細に述べる。
【００６１】
Ｄ．アクチュエータコマンドの処理に関する実施形態
図１を参照すると、制御システム100は、（例えば、本明細書で述べられているように、コンピュータファイル又はコンピュータプログラムから得られる、あるいは取得される）予備アクチュエータコマンドを受信する。図示されるように、予備アクチュエータコマンドは、予備Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_prelim.）、予備Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_prelim.）、及び予備Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_prelim.）を含む予備リニアアクチュエータコマンドと、予備Ｂ軸アクチュエータコマンド（すなわちB_prelim.）及び予備Ｃ軸アクチュエータコマンド（すなわちC_prelim.）を含む予備ロータリアクチュエータコマンドとを含んでいる。一実施形態においては、予備アクチュエータコマンドの少なくとも１つは、対応する比較的低い帯域幅のアクチュエータの限界周波数を超える無視できない周波数成分を有している。例えば、予備Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_prelim.）が、対応する比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102の限界周波数を超える無視できない周波数成分を有していてもよく、予備Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_prelim.）が、対応する比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104の限界周波数を超える無視できない周波数成分を有していてもよく、予備Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_prelim.）が、対応する比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106の限界周波数を超える無視できない周波数成分を有していてもよく、予備Ｂ軸アクチュエータコマンド（すなわちB_prelim.）が、対応する比較的低い帯域幅のＢ軸アクチュエータ114の限界周波数を超える無視できない周波数成分を有していてもよく、予備Ｃ軸アクチュエータコマンド（すなわちC_prelim.）が、対応する比較的低い帯域幅のＣ軸アクチュエータ116の限界周波数を超える無視できない周波数成分を有していてもよく、あるいはこれらを任意に組み合わせたものであってもよい。しかしながら、上述した予備アクチュエータコマンドのいずれか又はすべてが、対応する比較的低い帯域幅のアクチュエータの限界周波数の無視できない周波数成分又はこれより低い無視できない周波数成分を有していてもよいことは理解すべきである。
【００６２】
予備アクチュエータコマンドが処理され、中間リニアアクチュエータコマンドの第１のセットが生成される。例えば、逆運動変換118が予備Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_prelim.）、予備Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_prelim.）、予備Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_prelim.）、予備Ｂ軸アクチュエータコマンド（すなわちB_prelim.）、及び予備Ｃ軸アクチュエータコマンド（すなわちC_prelim.）に適用され、中間リニアアクチュエータコマンドの第１のセットが生成される。中間リニアアクチュエータコマンドの第１のセットは、第１の中間Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX0）、第１の中間Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY0）、及び第１の中間Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ0）を含んでいる。逆運動変換118は、次の等式により適用することができる。
【数１】
2020519446.tif 000003
【００６３】
上記式に示されるように、逆運動変換は、Ｂ軸及びＣ軸に沿った固定された回転基準位置での中間リニアアクチュエータコマンドの第１のセットを算出する。上記の例では、Ｂ軸及びＣ軸のそれぞれに対して固定された回転基準位置は０度であるが、他の好適な角度又は所望の角度であってもよい。
【００６４】
予備ロータリアクチュエータコマンド（例えば、予備Ｂ軸アクチュエータコマンドB_prelim.及び予備Ｃ軸アクチュエータコマンドC_prelim.）が処理ステージ120に入れられ、１以上の処理済みロータリアクチュエータコマンドが生成される。図示された実施形態では、B_lowは処理済みＢ軸アクチュエータコマンドを意味し、C_lowは処理済みＣ軸アクチュエータコマンドを意味している。両者とも処理ステージ120で生成される。処理ステージ120では、例えば、予備ロータリアクチュエータコマンドに１以上の好適なフィルタを適用すること、１以上の好適なアルゴリズムによって予備ロータリアクチュエータコマンドを修正すること、予備ロータリアクチュエータコマンドを減らすこと、予備ロータリアクチュエータコマンドに１以上の低次補間を適用することなど、あるいはこれらの任意の組み合わせを含む１以上のプロセスを予備ロータリアクチュエータコマンドに対して行うことができる。好適なフィルタの例としては、デジタルフィルタ、ローパスフィルタ、バッタワースフィルタなど、又はこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。好適なアルゴリズムの例としては、自己回帰移動平均アルゴリズムなどが挙げられる。処理済みロータリアクチュエータコマンドは、予備ロータリアクチュエータコマンドに対応しているが、対応するロータリアクチュエータの限界周波数を超える周波数成分を有していない（あるいは無視し得る量のみを有している）。このように、処理済みＢ軸アクチュエータコマンド（すなわちB_low）は、比較的低い帯域幅のＢ軸アクチュエータ114の限界周波数を超える周波数成分を有しておらず（あるいは無視し得る量のみを有しており）、処理済みＣ軸アクチュエータコマンド（すなわちC_low）は、比較的低い帯域幅のＣ軸アクチュエータ116の限界周波数を超える周波数成分を有していない（あるいは無視し得る量のみを有している）といった具合である。本明細書において使用される場合には、上述した処理済みロータリアクチュエータコマンドのそれぞれは、本明細書において「低周波数成分ロータリアクチュエータコマンド」又はより一般的に「低周波数成分アクチュエータコマンド」と呼ばれる。
【００６５】
中間リニアアクチュエータコマンドの第１のセットと処理済みロータリコマンドとが処理されて、中間リニアアクチュエータコマンドの第２のセットが生成される。例えば、順運動変換122が第１の中間Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX0）、第１の中間Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY0）、第１の中間Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ0）、処理済みＢ軸アクチュエータコマンド（すなわちB_low）、及び処理済みＣ軸アクチュエータコマンド（すなわちC_low）に適用され、中間リニアアクチュエータコマンドの第２のセットが生成される。中間リニアアクチュエータコマンドの第２のセットは、第２の中間Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX1）、第２の中間Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY1）、及び第２の中間Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ1）を含んでいる。順運動変換は、次の等式により適用することができる。
【数２】
2020519446.tif 000004
【００６６】
中間リニアアクチュエータコマンドの第２のセット（例えば、第２の中間Ｘ軸アクチュエータコマンドX1、第２の中間Ｙ軸アクチュエータコマンドY1、及び第２の中間Ｚ軸アクチュエータコマンドZ1）は処理ステージ124に入れられ、処理済みリニアアクチュエータコマンドの第１のセットが生成される。処理済みリニアアクチュエータコマンドの第１のセットは、低周波数成分Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_low）、低周波数成分Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_low）、及び低周波数成分Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_low）を含むことができる。処理ステージ124では、例えば、第２の中間リニアアクチュエータコマンドに１以上の好適なフィルタを適用すること、１以上の好適なアルゴリズムによって第２の中間リニアアクチュエータコマンドを修正すること、第２の中間リニアアクチュエータコマンドを減らすこと、第２の中間リニアアクチュエータコマンドに１以上の低次補間を適用することなど、あるいはこれらの任意の組み合わせを含む１以上のプロセスを第２の中間リニアアクチュエータコマンドに対して行うことができる。好適なフィルタの例としては、デジタルフィルタ、ローパスフィルタ、バッタワースフィルタなど、又はこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。好適なアルゴリズムの例としては、自己回帰移動平均アルゴリズムなどが挙げられる。処理済みリニアアクチュエータコマンドは、予備リニアアクチュエータコマンドに対応しているが、対応するリニアアクチュエータの限界周波数を超える周波数成分を有していない（あるいは無視し得る量のみを有している）。このように、低周波数成分Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_low）は、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102の限界周波数を超える周波数成分を有しておらず（あるいは無視し得る量のみを有しており）、低周波数成分Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_low）は、比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104の限界周波数を超える周波数成分を有しておらず（あるいは無視し得る量のみを有しており）、低周波数成分Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_low）は、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106の限界周波数を超える周波数成分を有していない（あるいは無視し得る量のみを有している）。
【００６７】
低周波数成分リニアアクチュエータコマンド（例えば、X_low、Y_low、及びZ_low）が、中間リニアアクチュエータコマンドの第２のセット中の対応するアクチュエータコマンドから減算され、処理済みリニアアクチュエータコマンドの第２のセットが生成される。処理済みリニアアクチュエータコマンドの第２のセットは、高周波数成分Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_high）、高周波数成分Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_high）、及び高周波数成分Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_high）を含むことができる。例えば、低周波数成分Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_low）を第２の中間Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX1）から減算して、高周波数成分Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_high）を得ることができ、低周波数成分Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_low）を第２の中間Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY1）から減算して、高周波数成分Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_high）を得ることができ、低周波数成分Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_low）を第２の中間Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ1）から減算して高周波数成分Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_high）を得ることができる。上述した減算は加算器126で行うことができ、この加算器126は、当該分野で知られている好適な又は所望の方法により実現することができる。典型的には、高周波数成分Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_high）は、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102の限界周波数を超えるが、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108の限界周波数以下である周波数成分を有している。同様に、高周波数成分Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_high）は、比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104の限界周波数を超えるが、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110の限界周波数以下である周波数成分を有しており、高周波数成分Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_high）は、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106の限界周波数を超えるが、比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112の限界周波数以下である周波数成分を有している。
【００６８】
最後に、図示されているように、低周波数成分Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_low）、低周波数成分Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_low）、低周波数成分Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_low）、高周波数成分Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_high）、高周波数成分Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_high）、高周波数成分Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_high）、低周波数成分Ｂ軸アクチュエータコマンド（すなわちB_low）、及び低周波数成分Ｃ軸アクチュエータコマンド（すなわちC_low）がそれぞれ比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102、比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110、比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112、Ｂ軸アクチュエータ114、及びＣ軸アクチュエータ116に出力される。
【００６９】
図示されていないが、制御システム100は、低周波数成分Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_low）、低周波数成分Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_low）、低周波数成分Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_low）、高周波数成分Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_high）、高周波数成分Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_high）、高周波数成分Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_high）、低周波数成分Ｂ軸アクチュエータコマンド（すなわちB_low）、及び低周波数成分Ｃ軸アクチュエータコマンド（すなわちC_low）を生成する際及び／又はこれらのアクチュエータコマンドのいずれかをそれぞれのアクチュエータに出力する際に生じる処理遅延又は伝達遅延を補償するための１以上の遅延バッファを含み得る。この結果、アクチュエータコマンドを同期させてあるいは協調させて出力することができる。アクチュエータコマンドを同期させてあるいは協調させて出力する際に、アクチュエータは、本質的に、同様に同期してあるいは協調して反応又は応答し、ツール経路に沿ってツール領域を移動させるようにツールチップとワークピースとの間に相対移動を生じさせる。
【００７０】
一般的に、制御システム100は、多軸加工ツールの１以上の構成要素（例えば、上述したアクチュエータのうちの１つ以上のアクチュエータ、ツールの動作を制御し、あるいは作動させる１以上の構成要素など、又はこれらを任意に組み合わせたもの）と（例えば、USB、RS-232、イーサネット、Firewire、Wi-Fi、RFID、NFC、Bluetooth、Li-Fi、SERCOS、MARCO、EtherCATなど又はこれらの任意の組み合わせといった１以上の有線通信リンク又は無線通信リンクによって）通信可能に連結された１以上のコントローラにより実現され得る。一般的に、コントローラは、命令を実行して上述したアクチュエータコマンドを処理及び生成するように構成された１以上のプロセッサを含むものとして特徴付けられる。プロセッサは、命令を実行するように構成された（例えば、１以上の汎用コンピュータプロセッサ、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサなど又はこれらを任意に組み合わせたものを含む）プログラマブルプロセッサであってもよい。プロセッサにより実行可能な命令は、ソフトウェア、ファームウェアなど、あるいは、プログラマブルロジックデバイス（PLD）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）、フィールドプログラマブルオブジェクトアレイ（FPOA）、特定用途向け集積回路（ASIC）を含む（デジタル回路、アナログ回路、アナログ／デジタル混合回路を含む）回路など又はこれらを任意に組み合わせた好適な形態により実現され得る。命令の実行は、１つのプロセッサ上で行ってもよく、複数のプロセッサに分散させてもよく、１つのデバイス内又はデバイスのネットワークにわたる複数のプロセッサにわたって並行に行っても、あるいはこれらを任意に組み合わせて行ってもよい。一実施形態においては、コントローラは、プロセッサにより（例えば、１以上の有線通信リンク又は無線通信リンクを介して）アクセス可能なコンピュータメモリのような有形媒体を含んでいる。本明細書において使用される場合には、「コンピュータメモリ」は、磁気媒体（例えば、磁気テープ、ハードディスクドライブなど）、光学ディスク、揮発性又は不揮発性半導体メモリ（例えば、RAM、ROM、NAND型フラッシュメモリ、NOR型フラッシュメモリ、SONOSメモリなど）などを含んでおり、ローカルアクセス可能なもの、又は（例えばネットワークを通じて）遠隔アクセス可能なもの、又はこれらを組み合わせたものであってもよい。一般的に、命令は、コンピュータソフトウェア（例えば、実行可能コード、ファイル、命令など、ライブラリファイルなど）として記憶され得る。このコンピュータソフトウェアは、例えば、C、C++、Visual Basic、Java、Python、Tel、Perl、Scheme、Rubyなどによって書かれ、当業者によって本明細書で述べられた説明から簡単に作成することができる。コンピュータソフトウェアは、一般的に、コンピュータメモリにより伝達された１以上のデータ構造内に格納される。
【００７１】
図示されていないが、１以上のドライバ（例えば、RFドライバ、サーボドライバ、ラインドライバ、電源など）が、上述したアクチュエータのうち１以上のアクチュエータ、ツールの動作を制御し、あるいは作動させる１以上の構成要素など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものの入力と通信可能に連結されている。典型的には、それぞれのドライバは、コントローラが通信可能に連結されている入力を含んでいる。このように、コントローラは、多軸加工ツールの１以上の構成要素に関連付けられた１以上のドライバの入力に伝達可能な１以上の制御信号（例えば、アクチュエータコマンド、ツール制御コマンドなど）を生成することが可能である。制御信号を受信すると、ドライバは、典型的には、連結された構成要素（例えば、アクチュエータ、ツールなど）を動作させ、コマンド信号に対応する効果を生じさせるために、この構成要素に電流を供給する。このように、上述したアクチュエータ、ツールなどの構成要素は、コントローラにより生成され出力されるコマンド信号（例えば、アクチュエータコマンド、ツール制御コマンドなど）に応答するようになっている。
【００７２】
上記の観点から、多軸加工ツールの（例えば比較的大きな運動範囲を有する）比較的低い帯域幅のアクチュエータ及び（例えば比較的小さな運動範囲を有する）比較的高い帯域幅のアクチュエータの動作を連続的に同期及び協調させて（例えば、所望の軌跡に正確かつ確実に対応するように）ワークピースに対してツール領域を位置決め又は移動するために制御システム100を利用できることは理解できよう。制御システム100は、（例えば、所望の軌跡に従って）ワークピースに対してツール領域を正確に位置決めすることができるが、ワークピース加工中の任意の時点で最終的に現れたツール角度は基準ツール角度からずれることがある。一般的に、基準ツール角度は、典型的には、ツール軸が交差するワークピースの表面の一部に垂直な線から測定して０度であるが、（例えば、軌跡により明示的又は黙示的に特定又は要求される）他の角度であってもよい。一般的に、高周波数成分リニアアクチュエータコマンドが、１組の冗長ロータリアクチュエータの一部ではないロータリアクチュエータの限界周波数を超える周波数成分を有する場合に、ツール角度のずれが生じる。ツール領域がワークピースに対して移動している（又は移動するであろう）速度によっては、ツール角度のずれが15度よりも大きくなることがあり、50度以上となることもある。しかしながら、そのようなツール角度のずれは、（例えば、多軸加工ツール内のアクチュエータの特性に基づいて、あるいは所望の軌跡に基づいてなど）事前に計算することができ、ワークピース加工中に（例えば、ワークピースに対するツール領域の移動速度を調整することによって、あるいは処理ステージ120及び124のうち１つ以上の処理ステージでの加工を調整することによって、あるいはこれに類することにより、あるいはこれらを任意に組み合わせることにより）（完全に又は部分的に）補償することができる。補償と最適化の結果、基準ツール角度からの実際のツール角度のずれの大きさ（単位は度である）は、10度以下（例えば、８度、６度、５度、４度、２度、１度、0.5度以下など、あるいはこれらの値のいずれかの間の値以下）に低減される。
【００７３】
III．軸方向相補的アクチュエータ及び冗長ロータリアクチュエータを有する多軸加工ツールの制御
図４は、一実施形態によれば、図１から図３に関して上記で例示的に述べたようなアクチュエータを含む多軸加工ツールを制御するための制御システム400を模式的に示すブロック図である。しかしながら、本実施形態においては、多軸加工ツールは、Ｂ軸アクチュエータ402、Ｃ軸アクチュエータ404、又はＢ軸アクチュエータ402及びＣ軸アクチュエータ404を付加的に含んでいてもよい。Ｂ軸アクチュエータ402の限界周波数は、Ｂ軸アクチュエータ114の限界周波数よりも高い。したがって、本明細書においては、Ｂ軸アクチュエータ114を「比較的低い帯域幅のＢ軸アクチュエータ」とも呼ぶことができ、本明細書においては、Ｂ軸アクチュエータ402を「比較的高い帯域幅のＢ軸アクチュエータ」とも呼ぶことができる。同様に、Ｃ軸アクチュエータ404の限界周波数は、Ｃ軸アクチュエータ116の限界周波数よりも高い。したがって、本明細書においては、Ｃ軸アクチュエータ116を「比較的低い帯域幅のＣ軸アクチュエータ」とも呼ぶことができ、本明細書においては、Ｃ軸アクチュエータ404を「比較的高い帯域幅のＢ軸アクチュエータ」とも呼ぶことができる。
【００７４】
比較的低い帯域幅のＢ軸アクチュエータ114及び比較的高い帯域幅のＢ軸アクチュエータ114はそれぞれ１組の冗長アクチュエータ（すなわち１組の冗長Ｂ軸アクチュエータ）を構成する。同様に、比較的低い帯域幅のＣ軸アクチュエータ116及び比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404のそれぞれの対（すなわち１組の冗長Ｃ軸アクチュエータ）により１組の冗長アクチュエータが構成される。図示された実施形態は、２つのロータリアクチュエータのみによって構成される１組の冗長アクチュエータを有する多軸加工ツールについて述べているが、多軸加工ツールは、Ｂ軸又はＣ軸のいずれかの軸に沿って移動を生じさせるように配置又は構成された１以上の付加的なロータリアクチュエータをさらに備えていてもよく、冗長アクチュエータのいずれの組も３つ以上のロータリアクチュエータを含んでもよいことは理解できよう。
【００７５】
一実施形態においては、比較的高い帯域幅のＢ軸アクチュエータ402は、冗長Ｘ軸アクチュエータの組における１以上のアクチュエータ及び／又は冗長Ｚ軸アクチュエータの組における１以上のアクチュエータとともに考えると、１組の軸方向相補的アクチュエータを構成する。他の実施形態では、比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404は、冗長Ｘ軸アクチュエータの組における１以上のアクチュエータ及び／又は冗長Ｙ軸アクチュエータの組における１以上のアクチュエータとともに考えると、１組の軸方向相補的アクチュエータを構成する。さらに他の実施形態においては、比較的高い帯域幅のＢ軸アクチュエータ402及びＣ軸アクチュエータ404は、それぞれ、冗長Ｘ軸アクチュエータの組における１以上のアクチュエータ、冗長Ｙ軸アクチュエータの組における１以上のアクチュエータ、及び／又は冗長Ｚ軸アクチュエータの組における１以上のアクチュエータとともに考えると、１組の軸方向相補的アクチュエータを構成する。
【００７６】
Ａ．ツールチップ位置決めアセンブリに関する実施形態
一実施形態においては、比較的高い帯域幅のＢ軸アクチュエータ402及び比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404の一方又は双方を上記で例示的に説明したツールチップ位置決めアセンブリ内に組み込んでもよい。その結果、多軸加工ツールに関連付けられたツールチップをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、又はこれらを任意に組み合わせたものに加えてＢ軸及び／又はＣ軸に沿って同時的に又は非同時的に位置決め又は移動するようにツールチップ位置決めアセンブリを構成することができる。しかしながら、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110、比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112、比較的高い帯域幅のＢ軸アクチュエータ402、及び比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404のうちの１つ以上のアクチュエータを適切な場合にあるいは必要に応じてツールチップ位置決めアセンブリから省略してもよいことは理解すべきである。上述したように、比較的高い帯域幅のＢ軸アクチュエータ402及び比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404のうち一方又は双方を含むツールチップ位置決めアセンブリは、「シリアルツールチップ位置決めアセンブリ」として、「パラレルツールチップ位置決めアセンブリ」として、又は（例えば、シリアルツールチップ位置決めアセンブリとパラレルツールチップ位置決めアセンブリに特有の特性を組み合わせた）「ハイブリッドツールチップ位置決めアセンブリ」として特徴付けることができる。
【００７７】
ｉ．シリアルツールチップ位置決めアセンブリに関する実施形態
（例えば上述したような）シリアルツールチップ位置決めアセンブリ内において、比較的高い帯域幅のＢ軸アクチュエータ402及び比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404のいずれかが、比較的高い帯域幅のＢ軸アクチュエータ402及び比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404を互いに、あるいはシリアルツールチップ内に含まれる上述したアクチュエータのいずれかに装着又は機械的に結合できるようにする１以上の要素（例えば、ステージ、固定具、チャック、レール、軸受、ブラケット、クランプ、ストラップ、ボルト、ネジ、ピン、保持リング、繋ぎ部材など（図示せず））を含んでいてもよい。
【００７８】
シリアルツールチップ位置決めアセンブリ内の比較的高い帯域幅のＢ軸アクチュエータ402及び比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404のそれぞれは、それぞれ１以上の油圧シリンダ、１以上の空気圧シリンダ、１以上のサーボモータ、１以上のボイスコイルアクチュエータ、１以上の圧電アクチュエータ、１以上の電歪素子など、又はこれらを任意に組み合わせたものにより駆動される１以上の回転ステージ（例えば、ダイレクトドライブステージ、親ネジステージ、ボールネジステージ、ベルト駆動ステージなど）であってもよい。また、シリアルツールチップ位置決めアセンブリ内の比較的高い帯域幅のＢ軸アクチュエータ402及び比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404のうちいずれかは、連続運動又はステップ状（増分）運動を提供するように構成されていてもよい。
【００７９】
機械的構造（例えば、ルータビット、ドリルビット、ツールビット、研削ビット、ブレードなど）、物質の流れやジェットが噴出する他の構造（例えば、ノズル、ヘッドなど）を任意の好適な方法又は所望の方法により維持、保持、移送などするために、ツール固定具（図示せず）が、（上述した）比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112で、あるいは比較的高い帯域幅のＢ軸アクチュエータ402で、あるいは比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404でシリアルツールチップ位置決めアセンブリに機械的に連結されていてもよい。
【００８０】
ii．パラレルツールチップ位置決めアセンブリに関する実施形態
一実施形態においては、パラレルツールチップ位置決めアセンブリは、上記で例示的に述べた比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110、及び比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112のうち１つ以上のアクチュエータに加えて、比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404を含んでいる。この場合において、比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404の構成は、使用されるツールに依存する。以下に述べる実施形態の例は、使用されるツールがレーザ光（例えば、当該分野において知られているような１以上のレーザ源から生成される、一連のパルスとして、又は連続又は準連続レーザ光ビームとして、又はこれらを任意に組み合わせたものとして現れる）を含む例に関連している。
【００８１】
使用されるツールがレーザ光である場合、ツール領域又はこの近傍のワークピースの部分を照射するように（例えば上述した伝搬経路に沿って）レーザ光を方向付けることができる。ワークピースの表面上を見ると、あるいはツール領域でワークピースと交差する伝搬経路の部分に直交する平面で見ると、照射された部分（「スポット」とも呼ばれる）でのレーザ光の空間強度分布は、円形状又は非円形状を有するものとして特徴付けることができる。非円形状の例としては、楕円形状、三角形状、正方形形状、矩形状、不規則形状などが挙げられる。円形状又は非円形状のスポット形状は、１以上のビームクロッピング開口、回折光学素子、AODシステム、プリズム、レンズなど（これらは多軸加工ツールの一部として含めることができ、伝搬経路内に配置することができる）を用いて当該分野において知られている好適な方法により生成することができ、あるいは、非平坦であるか、又はツール領域でワークピースに交差する伝搬経路の部分に対して直交しないツール領域において、あるいはこれらの組み合わせにおいて、ワークピースの表面を照射するレーザ光ビームの結果として生成することができる。
【００８２】
上記の観点から、比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404を、伝搬経路内において、パラレルツールチップ位置決めアセンブリ（例えばパラレルツールチップ位置決めアセンブリ300）内の比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108又は比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110のいずれかの必要に応じて「上流」又は必要に応じて「下流」にある任意の好適な位置又は所望の位置に配置することができる。一実施形態において、比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404は、微小電気機械システム（MEMS）ミラーシステム、適応制御光学（AO）システム、又はこれらを任意に組み合わせたものとすることができ、入射レーザ光ビームの空間強度分布の配向を効果的に変更する方法によって、伝搬経路に対して空間強度分布の形状を変更するように構成することができる。他の実施形態では、比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404は、１以上のプリズムとすることができ、このプリズムをアクチュエータによって（例えば、伝搬経路が沿って延びる軸を中心として）回転させるか、あるいは移動させて伝搬経路に対して空間エネルギー分布の配向を変更してもよい。一実施形態においては、比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404は、米国特許第6,362,454号において述べられているようなものであってもよい。この特許は参照により本明細書に組み込まれる。さらに他の実施形態においては、比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404は、１以上のAODシステム（例えば、１以上のチャーピングされた印加RF信号に応答して、Ｘ軸及びＹ軸のような２つの軸に沿ってレーザ光を回折させるように配置及び構成される）とすることができる。
【００８３】
場合によっては、比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404と、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110、及び比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112のうちの１以上のアクチュエータとにより提供される機能を同一システムによって提供することができる。例えば、MEMSミラーシステム、AOシステム、及び１対のAODシステム（例えば、Ｘ軸に沿ってレーザ光を回折させるように配置及び構成されたあるAODシステムと、Ｙ軸に沿ってレーザ光を回折させるように配置及び構成された別のAODシステム）のようなシステムを駆動して、Ｘ軸及びＹ軸に沿ってレーザ光を回折させ、ツール領域においてレーザ光により照射されるスポットのサイズを変更し（これにより、Ｚ軸に沿った加工中にワークピースに照射される集束レーザ光のビームウェストの位置を効果的に変更し）、伝搬経路に対してレーザ光ビームの空間的エネルギー分布の配向を変更することができる。したがって、このようなシステムは、設置方法及び駆動方法に応じて、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110、比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112、比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404、又はこれらを任意に組み合わせたものとして特徴付けることができる。
【００８４】
iii．ハイブリッドツールチップ位置決めアセンブリに関する実施形態
一実施形態においては、ハイブリッドツールチップ位置決めアセンブリは、上記でシリアルツールチップ位置決めアセンブリに関連して例示的に述べた比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110、比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112、及び比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404のうちの１以上のアクチュエータに加えて、比較的高い帯域幅のＢ軸アクチュエータ402を含んでいる。この場合において、比較的高い帯域幅のＢ軸アクチュエータ402は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｃ軸、又はこれらを任意に組み合わせた軸に沿って同時的又は非同時的に移動可能となるように、上述したアクチュエータのうちの１以上のアクチュエータに取り付けられ、これにより移動可能とされる。比較的高い帯域幅のＢ軸アクチュエータ402の構成は、使用するツールに依存することは理解できよう。以下に述べる実施形態の例は、使用されるツールがレーザ光（例えば、当該分野において知られているような１以上のレーザ源から生成される、一連のパルスとして、又は連続又は準連続レーザ光ビームとして、又はこれらを任意に組み合わせたものとして現れる）を含む場合に関連するものである。使用されるツールがレーザ光である場合には、ツール領域上又はツール領域の近傍のワークピースの部分を照射するように（例えば、上述した伝搬経路に沿って）レーザ光を方向付けることができる。
【００８５】
Ｂ．ツールチップ位置決めアセンブリに関する追記
上記にかかわらず、（例えば、ワークピースを位置決め及び／又は移動するために）ワークピース位置決めアセンブリ内に組み込まれているものとして上記で述べられた比較的低い帯域幅のアクチュエータのいずれも、（例えば、ツールチップを位置決め及び／又は移動するための）比較的高い帯域幅のＢ軸アクチュエータ402又は比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404を含むツールチップ位置決めアセンブリの一部として付加的に又は代替的に組み込まれていてもよいことは理解すべきである。さらに、上記にかかわらず、ある実施形態では、ツールチップ位置決めアセンブリは、ARGES社により提供されるPRECESSION ELEPHANT及びPRECESSION ELEPHANT 2シリーズのスキャンヘッドなど、現在当該分野において入手可能な任意のレーザスキャニング又は集束アセンブリであってもよいことは理解すべきである。さらに、上記にかかわらず、ある実施形態では、ツールチップ位置決めアセンブリは、国際公開公報第WO 2014/009150 A1号において述べられているようなものであってもよいことは理解すべきである。この公報は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００８６】
Ｃ．アクチュエータコマンドの処理に関する実施形態
一般的に、制御システム400は、制御システム100に関して例示的に述べられた１以上のコントローラにより実現することができ、制御システム400の動作は、比較的高い帯域幅のＢ軸アクチュエータ402、比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404、又はこれらの組み合わせがあるために付加的なプロセス及び動作が導入されている点を除き、図１に関して上記で述べた制御システム100の動作と同じである。以下、これらの付加的なプロセス及び動作について述べる。
【００８７】
低周波数成分ロータリアクチュエータコマンド（例えば、B_low及びC_low）は、１以上のさらに処理済みロータリアクチュエータコマンドを生成するために予備ロータリアクチュエータコマンド（例えば、予備Ｂ軸アクチュエータコマンドB_prelim.及び予備Ｃ軸アクチュエータコマンドC_prelim.）において減算された対応アクチュエータコマンドである。例えば、低周波数成分のＢ軸アクチュエータコマンド（すなわちB_low）を予備Ｂ軸アクチュエータコマンド（すなわちB_prelim.）から減算して、さらに処理済みロータリアクチュエータコマンドとして高周波数成分Ｂ軸アクチュエータコマンド（すなわちB_high）を得ることができる。同様に、低周波数成分Ｃ軸アクチュエータコマンド（すなわちC_low）を予備Ｃ軸アクチュエータコマンド（すなわちC_prelim.）から減算して、さらに処理済みロータリアクチュエータコマンドとして高周波数成分Ｃ軸アクチュエータコマンド（すなわちC_high）を得ることができる。上述した減算は、加算器406で行うことができ、この加算器406は、当該分野で知られている好適な又は所望の方法により実現することができる。典型的には、高周波数成分Ｂ軸アクチュエータコマンド（すなわちB_high）は、比較的低い帯域幅のＢ軸アクチュエータ114の限界周波数を超えるが、比較的高い帯域幅のＢ軸アクチュエータ402の限界周波数以下である周波数成分を有している。同様に、高周波数成分Ｃ軸アクチュエータコマンド（すなわちC_high）は、比較的低い帯域幅のＣ軸アクチュエータ116の限界周波数を超えるが、比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404の限界周波数以下である周波数成分を有している。
【００８８】
最後に、図示されているように、高周波数成分Ｂ軸アクチュエータコマンド（すなわちB_high）、高周波数成分Ｃ軸アクチュエータコマンド（すなわちC_high）、又はこれらを任意に組み合わせたものが、比較的高い帯域幅のＢ軸アクチュエータ402及び比較的高い帯域幅のＣ軸アクチュエータ404のそれぞれに出力される。図示していないが、制御システム400は、高周波数成分Ｂ軸アクチュエータコマンド（すなわちB_high）、高周波数成分Ｃ軸アクチュエータコマンド（すなわちC_high）を生成する際及び／又はこれらのアクチュエータコマンドのいずれかをそれぞれのアクチュエータに出力する際に生じる処理遅延又は伝達遅延を補償するための１以上の遅延バッファを含み得る。この結果、図示されたアクチュエータコマンドを同期させてあるいは協調させて出力することができる。アクチュエータコマンドを同期させてあるいは協調させて出力する際に、アクチュエータは、本質的に、同様に同期してあるいは協調して反応又は応答し、ツール経路に沿ってツール領域を移動させるようにツールチップとワークピースとの間に相対移動を生じさせる。
【００８９】
IV．フィーチャ品質に関する追加の考察
上述した非接触型のツールのいずれかを用いてワークピースを加工する際には、方向付けられたエネルギー又は物質がワークピースに対して均一に（又は少なくともある程度は均一にあるいは実質的に均一に）当たるようにエネルギー又は物質の流れ又はジェットを方向付けることが望まれることが多い。これにより、ワークピース内又はワークピース上に形成されたフィーチャが（例えば、幅、深さ、色、化学組成、結晶構造、電子構造、微細構造、ナノ構造、密度、粘度、屈折率、透磁率、比誘電率、外観又は内観などの点で）再現可能で、さらに／あるいは均一な特性を有することを確保することが促進される。
【００９０】
ある実施形態においては、上述した目的は、（例えばツール領域での）方向付けられたエネルギーの瞬間的パワー、（例えばツール領域での）物質の流れ又はジェットの圧力又は速度、ツール領域のサイズ、ツール経路に沿ってツール領域が移動する速度（本明細書においては「ツール速度」ともいう）など、又はこれらを任意に組み合わせたものがすべて許容限界範囲内にあることを保証することによって達成することができる。この許容限界は、コンピュータモデリング、実験など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものに基づいて予め決定することができる。本明細書で使用される場合には、方向付けられたエネルギーの瞬間的パワーや物質の流れ又はジェットの圧力又は速度のようなパラメータは総称して包括的に「ツールパワー」とも呼ばれる。
【００９１】
一実施形態においては、上述した目的は、「定数比率」法を行うことにより達成することができる。この定数比率法は、ツール速度が変化したとき（又は所定量だけツール速度が変化したとき）に、ツール領域がツール経路に沿って移動する際に、ツール速度に対するツールパワーの比率が一定となるように（あるいは少なくとも実質的に一定となるように）ツールパワーを変化させるものである。この定数比率法を行うことは、ツール領域がツール経路に沿って移動する際に、ツール領域のサイズが一定のままとなること（あるいは、ツール領域のサイズが所望のサイズから望ましくないほど逸脱しないこと）を保証するのに役立つ。
【００９２】
他の実施形態においては、上述した目的は、「定速」法を行うことにより達成することができる。この定速法は、ツール領域がツール経路に沿って移動する際に、一定の（あるいは少なくとも実質的に一定の）ツールパワー及びツール速度を維持するものである。定速法は、コンピュータファイル（例えばＧコードコンピュータファイル）又はコンピュータプログラムから取得、あるいは入手される１以上のアクチュエータコマンド（本明細書においてはそれぞれ「未処理アクチュエータコマンド」とも呼ばれる）が１以上の対応する予備アクチュエータコマンドとして（例えば、制御システム100又は400のような制御システムの）逆運動変換118及び処理ステージ120に入力される前に、そのようなアクチュエータコマンドを処理することにより行うことができる。したがって、図５を参照すると、１以上の未処理アクチュエータコマンドに対して前処理ステージ（本明細書においては「速度処理」ステージ500とも呼ばれる）を施して、１組の修正済み予備アクチュエータコマンド（すなわち、予備アクチュエータコマンドX_prelim.'、Y_prelim.'、Z_prelim.'、B_prelim.'及びC_prelim.'）を生成してもよい。
【００９３】
図５に示されるように、未処理アクチュエータコマンドは、未処理リニアアクチュエータコマンド（未処理Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_raw）、未処理Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_raw）、及び未処理Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_raw））と、未処理回転アクチュエータコマンド（未処理Ｂ軸アクチュエータコマンド（すなわちB_raw）及び未処理Ｃ軸アクチュエータコマンド（すなわちC_raw））とを含んでいる。議論のために、速度処理ステージ500での処理は、未処理アクチュエータコマンドに関連付けられたツール経路が線分のみを含んでいるという前提に基づいて行われ、ツール経路の湾曲したいずれの部分も多くの短い線分で近似できることを理解すべきである。同様に、未処理アクチュエータコマンドに関連付けられたツール経路は、線分に加えて、あるいは線分に代えて、曲線を含んでいてもよいことを理解すべきである。
【００９４】
総括的に、未処理アクチュエータコマンドは、所望の軌跡に一致ないしは所望の軌跡に対応するツール経路の１以上のセグメント（それぞれは「未処理ツール経路セグメント」、あるいはより包括的に「ツール経路セグメント」とも呼ばれる）に対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸及びＣ軸に沿った一連のツールチップ位置及び／又はワークピース位置を特定するものである。したがって、ツールチップ位置又はワークピース位置をｎ個組として特徴付けることができる。ここで、ｎは、多軸加工ツールが移動させることができる軸の数に対応する。多軸加工ツールがＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸及びＣ軸、あるいはこれらを任意に組み合わせた軸に沿って相対移動可能である場合には、ツールチップ位置又はワークピース位置は、５個組（xj，yj，zj，bj，cj）により特徴付けることができる。ここで、「x」はＸ軸に沿った位置に対応し、「y」はＹ軸に沿った位置に対応し、「z」はＺ軸に沿った位置に対応し、「b」はＢ軸に沿った位置に対応し、「c」はＣ軸に沿った位置に対応する。さらに、下付添え字「j」は、一連のツールチップ位置／ワークピース位置内でのツールチップ位置／ワークピース位置の場所を特定する整数である。例えば、（x1，y1，z1，b1，c1）は、一連のj個のツールチップ位置／ワークピース位置内での１番目のツールチップ位置／ワークピース位置を特徴付けるものになり得るし、（x2，y2，z2，b2，c2）は、一連のj個のツールチップ位置／ワークピース位置内での２番目のツールチップ位置／ワークピース位置を特徴付けるものになり得るし、（x3，y3，z3，b3，c3）は、一連のj個のツールチップ位置／ワークピース位置内での３番目のツールチップ位置／ワークピース位置を特徴付けるものになり得る、といった具合である。jは１より大きい任意の整数（例えば、２以上、５以上、10以上、50以上、100以上、500以上、1000以上、2500以上、5000以上、10000以上など、あるいはこれらの値のいずれかの間の値）となり得ることは理解できよう。また、本明細書においては、未処理アクチュエータコマンドにより特定される一連のj個のツールチップ位置／ワークピース位置内の任意のツールチップ位置又はワークピース位置は、総じて「未処理」位置とも呼ばれることがある。
【００９５】
速度処理ステージ500では、未処理アクチュエータコマンドが解釈ないしは処理されて、それぞれの未処理ツール経路セグメントの開始位置と終了位置が特定される。一実施形態においては、一連のj個のツールチップ位置／ワークピース位置内の連続して並んだ任意の２つの未処理位置は、１組の開始位置及び終了位置として考えることができる。この場合には、１組の連続して並んだ位置における１番目の位置は未処理「開始位置」と考えられ、１組の連続して並んだ位置における２番目の位置は未処理「終了位置」と考えられる。例えば、上述した１番目の未処理ツールチップ位置／ワークピース位置（x1，y1，z1，b1，c1）は、未処理アクチュエータコマンドに関連付けられた１番目の未処理ツール経路セグメントの未処理開始位置に対応し得る。上述した第２の未処理ツールチップ位置／ワークピース位置（x2，y2，z2，b2，c2）は、１番目の未処理ツール経路セグメントの未処理終了位置に対応し得る。同様に、上述した２番目の未処理ツールチップ位置／ワークピース位置（x2，y2，z2，b2，c2）は、未処理アクチュエータコマンドに関連付けられた２番目の未処理ツール経路セグメントの未処理開始位置に対応し得る。上述した３番目の未処理ツールチップ位置／ワークピース位置（x3，y3，z3，b3，c3）は、２番目の未処理ツール経路セグメントの未処理終了位置に対応し得る。
【００９６】
それぞれの未処理ツール経路セグメントについての未処理開始位置及び終了位置のそれぞれに対する座標系は基準系に変換される。一実施形態においては、Ｂ軸及びＣ軸に沿った位置Ｂがゼロに設定されるように基準系が選択され、それぞれの未処理位置は、対応する３個組（xj，yj，zj）によって特徴付けることができる。したがって、未処理開始位置のx座標、y座標、z座標、b座標及びc座標は、以下の式により基準系に変換される。
【数３】
2020519446.tif 000005
ここで、x_start_raw、y_start_raw、z_start_raw、b_start_raw及びc_start_rawは、それぞれ汎用的な未処理開始位置のx座標、y座標、z座標、b座標及びc座標であり、x_start_ref、y_start_ref及びz_start_refは、それぞれ汎用的な未処理開始位置の基準系（すなわち基準開始位置）に変換されたx座標、y座標及びz座標である。同様に、未処理終了位置のx座標、y座標、z座標、b座標及びc座標は、以下の式により基準系に変換される。
【数４】
2020519446.tif 000006
ここで、x_end_raw、y_end_raw、z_end_raw、b_start_raw及びc_start_rawは、それぞれ汎用的な未処理終了位置のx座標、y座標、z座標、b座標及びc座標であり、x_end_ref、y_end_ref及びz_end_refは、それぞれ汎用的な未処理終了位置の基準系（すなわち基準終了位置）に変換されたx座標、y座標及びz座標である。
【００９７】
１組の未処理開始位置及び未処理終了位置を対応する１組の基準開始位置及び基準終了位置に変換した後、それぞれの基準開始位置及び基準終了位置の組の中で基準開始位置から基準終了位置までツールチップとワークピースとの間で相対移動を行うために必要なサーボサイクル数ｎが決定される。一実施形態においては、サーボサイクル数ｎは、以下の式により決定される。
【数５】
2020519446.tif 000007
ここで、Ｔは、（典型的には、秒、ミリ秒又はマイクロ秒の単位で測定される）サーボサイクルの期間を表しており、ｔは、未処理ツール経路セグメントの基準開始位置から基準終了位置までツールチップとワークピースとの間で相対移動を行うために必要とされる時間（すなわち、「セグメント時間」）を表している。一般的に、サーボサイクルの期間Ｔは１ミリ秒よりも短い。ある実施形態においては、Ｔは、750μs以下、500μs以下、250μs以下、100μs以下、75μs以下、50μs以下、25μs以下、10μs以下、５μs以下など、あるいはこれらの値のいずれかの間の値である。任意の未処理ツール経路セグメントに対して算出されるサーボサイクル数ｎは、他の未処理ツール経路セグメントに対して算出されるサーボサイクル数ｎと同一であってもよいし、異なっていてもよいことを理解すべきである。
【００９８】
一実施形態においては、セグメント時間ｔは、以下の式により決定される。
【数６】
2020519446.tif 000008
ここで、ｄは、それぞれの組における基準開始位置と基準終了位置との間の距離（すなわち、「セグメント距離」）を表しており、Ｖは、上述したツール速度を表している。一般的に、ツール速度は、上述したもののいずれかのような非接触型のツールによりワークピースに対してなされる処理の種類に応じて、（例えば、多軸加工ツールの使用者又は操作者により）予め決められるか、あるいは設定される。例えば、非接触型のツールが（例えば、レーザ源により生成されるレーザ光の形態の）照射エネルギーである場合、ツール速度は、ツール領域が１つ又は２つの軸に沿って移動する際には100mm/秒から７m/秒の範囲であり、ツール領域が３つ以上の軸に沿って移動する際には100mm/秒から700mm/秒の範囲にあり得る。
【００９９】
一実施形態においては、セグメント距離ｄは、以下の式により決定され得る。
【数７】
2020519446.tif 000009
【０１００】
１組の基準開始位置と基準終了位置との間においてツールチップとワークピースとの間で相対移動を行うために必要とされるサーボサイクル数ｎを決定した後、その組の基準開始位置と基準終了位置に対応する未処理開始位置及び未処理終了位置を有する未処理ツール経路セグメントが、決定されたサーボサイクル数ｎに基づいて補間される。使用可能な補間方法の例としては、直線補間、多項式補間、スプライン補間など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。直線補間が行われる場合、それぞれの軸に沿った（例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸及びＣ軸のそれぞれに沿った）それぞれの組において隣り合う位置（未処理又は補間後）の間の距離は、不変（又は少なくとも実質的に不変）である。
【０１０１】
特定の未処理ツール経路セグメントを補間する際に、当該特定の未処理ツール経路セグメントに対するそれぞれの組の未処理開始位置と未処理終了位置との間で、決定されたサーボサイクルｎに基づいて、１以上の補間後位置が一連のj個のツールチップ位置／ワークピース位置に挿入される。例えば、上述した１番目の未処理ツールチップ位置／ワークピース位置（x1，y1，z1，b1，c1）と２番目の未処理ツールチップ位置／ワークピース位置（x2，y2，z2，b2，c2）がそれぞれ上述した１番目の未処理ツール経路セグメントの開始位置と終了位置に対応し、決定されたサーボサイクル数ｎが４に等しいと仮定すると、補間により、１番目の未処理ツールチップ位置／ワークピース位置（x1，y1，z1，b1，c1）と２番目の未処理ツールチップ位置／ワークピース位置（x2，y2，z2，b2，c2）との間でそれぞれ一連のj個のツールチップ位置／ワークピース位置に挿入される３つの補間後位置が生じ得る。この例では、これらの３つの補間後位置は、１番目の補間後ツールチップ位置／ワークピース位置（xi1，yi1，zi1，bi1，ci1）、２番目の補間後ツールチップ位置／ワークピース位置（xi2，yi2，zi2，bi2，ci2）及び３番目の補間後ツールチップ位置／ワークピース位置（xi3，yi3，zi3，bi3，ci3）を含み得る。同様に、上述した２番目の未処理ツールチップ位置／ワークピース位置（x2，y2，z2，b2，c2）と３番目の未処理ツールチップ位置／ワークピース位置（x3，y3，z3，b3，c3）がそれぞれ上述した２番目の未処理ツール経路セグメントの開始位置と終了位置に対応し、決定されたサーボサイクル数ｎが３に等しいと仮定すると、補間により、２番目の未処理ツールチップ位置／ワークピース位置（x2，y2，z2，b2，c2）と３番目の未処理ツールチップ位置／ワークピース位置（x3，y3，z3，b3，c3）との間でそれぞれ一連のj個のツールチップ位置／ワークピース位置に挿入される２つの補間後位置が生じ得る。この例では、これらの２つの補間後位置は、４番目の補間後ツールチップ位置／ワークピース位置（xi4，yi4，zi4，bi4，ci4）と５番目の補間後ツールチップ位置／ワークピース位置（xi5，yi5，zi5，bi5，ci5）を含み得る。
【０１０２】
それぞれの軸に対して１以上の未処理ツール経路セグメントを補間した後、一連の未処理位置及び補間後位置が上述した予備アクチュエータコマンとして出力される。例えば、上述したＸ軸に沿った１番目と２番目の未処理ツール経路セグメント（すなわち、x1，xi1，xi2，xi3，x2，xi4，xi5，x3）に対する一連の未処理位置及び補間後位置を修正済み予備Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_prelim.'）として出力することができ、上述したＹ軸に沿った１番目及び２番目の未処理ツール経路セグメント（すなわち、y1，yi1，yi2，yi3，y2，yi4，yi5，y3）に対する一連の未処理位置及び補間後位置を修正済み予備Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_prelim.'）として出力することができ、上述したＺ軸に沿った１番目及び２番目の未処理ツール経路セグメント（すなわち、z1，zi1，zi2，zi3，z2，zi4，zi5，z3）に対する一連の未処理位置及び補間後位置を修正済み予備Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_prelim.'）として出力することができ、上述したＢ軸に沿った１番目及び２番目の未処理ツール経路セグメント（すなわち、b1，bi1，bi2，bi3，b2，bi4，bi5，b3）に対する一連の未処理位置及び補間後位置を修正済み予備Ｂ軸アクチュエータコマンド（すなわちB_prelim.'）として出力することができ、上述したＣ軸に沿った１番目及び２番目の未処理ツール経路セグメント（すなわち、c1，ci1，ci2，ci3，c2，ci4，ci5，c3）に対する一連の未処理位置及び補間後位置を修正済み予備Ｃ軸アクチュエータコマンド（すなわちC_prelim.'）として出力することができる。
【０１０３】
それぞれの軸に対して１以上の未処理ツール経路セグメントを補間した後、連続した未処理位置又は補間後位置の任意の組をツール経路セグメントの開始位置及び終了位置（「処理済みツール経路セグメント」とも呼ばれる）として特徴付けることができる。例えば、上述した１番目の未処理ツールチップ位置／ワークピース位置（x1，y1，z1，b1，c1）は、１番目の処理済みツール経路セグメントの開始位置に対応し得るし、上述した１番目の補間後ツールチップ位置／ワークピース位置（xi1，yi1，zi1，bi1，ci1）は、１番目の処理済みツール経路セグメントの終了位置に対応し得る。同様に、上述した１番目の補間後ツールチップ位置／ワークピース位置（xi1，yi1，zi1，bi1，ci1）は、２番目の処理済みツール経路セグメントの開始位置に対応し得るし、上述した１番目の補間後ツールチップ位置／ワークピース位置（xi2，yi2，zi2，bi2，ci2）は、２番目の処理済みツール経路セグメントの終了位置に対応し得る、といった具合である。
【０１０４】
一般的に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸及びＣ軸に対する修正済み予備アクチュエータコマンドは、それぞれの軸に関して対応する（未処理又は補間後）位置の組を制御システム100又は400で一緒に処理できるように、協調して出力され、サーボサイクルｎに関して同期されている。この場合において、修正済み予備アクチュエータコマンドX_prelim.'，Y_prelim.'，Z_prelim.'，B_prelim.'及びC_prelim.'は、それぞれ上述した予備アクチュエータコマンドX_prelim.，Y_prelim.，Z_prelim.，B_prelim.及びC_prelim.に対応する。このため、ｎ＝１のサーボサイクルについて上記で挙げた例で続けると、１番目の未処理ツールチップ位置／ワークピース位置（x1，y1，z1，b1，c1）をそれぞれ修正済み予備アクチュエータコマンドX_prelim.'，Y_prelim.'，Z_prelim.'，B_prelim.'，C_prelim.'により制御システム100又は400に（例えば、逆運動変換118及び処理120に）出力することができる。ｎ＝２のサーボサイクルについては、１番目の補間後位置（xi1，yi1，zi1，bi1，ci1）をそれぞれ修正済み予備アクチュエータコマンドX_prelim.'，Y_prelim.'，Z_prelim.'，B_prelim.'，C_prelim.'により制御システム100又は400に（特に逆運動変換118及び処理120に）出力することができる。ｎ＝３のサーボサイクルについては、２番目の補間後位置（xi2，yi2，zi2，bi2，ci2）をそれぞれ修正済み予備アクチュエータコマンドX_prelim.'，Y_prelim.'，Z_prelim.'，B_prelim.'，C_prelim.'により制御システム100又は400に（例えば、逆運動変換118及び処理120に）出力することができる、といった具合である。
【０１０５】
（例えば、上述したような）プロセス制御システム100又は400により出力されたアクチュエータコマンドは、速度処理ステージ500により出力された予備アクチュエータコマンドを処理することにより生成されたが、これにより、ワークピース位置決めアセンブリ及びツールチップ位置決めアセンブリの一方又は両方のアクチュエータが一定の（あるいは少なくとも実質的に一定の）速度でツール領域をツール経路に沿って移動させることが可能となる。
【０１０６】
Ｖ．位置決めアセンブリの調整に関する実施形態
一定の（あるいは少なくとも実質的に一定の）ツール速度でツール領域をツール経路に沿って移動させることは、上述したような状況（例えば、方向付けられたエネルギー又は物質がワークピースに対して均一に又は少なくともある程度は均一にあるいは実質的に均一に当たるようにエネルギー又は物質の流れ又はジェットを方向付けることが望まれる場合）を含む（これに限られるわけではない）多くの状況において好ましい場合がある。一般的には、直線又は比較的滑らかな曲線（例えば、連続した１階微分値を有する曲線）を持つフィーチャを生成するために上述した定速法を用いることができる。
【０１０７】
また、比較的鋭い曲線又は不連続な微分値を有する曲線を持つフィーチャを生成するためにも定速法を用いることができる。しかしながら、この場合においては、多軸加工ツールにおけるアクチュエータの１以上の制約条件を満たすために、比較的低いツール速度を維持する必要がある。例えば、一実施形態においては、処理速度又はスループットに悪い影響を与えるほど低いツール速度が維持される場合には、速度処理ステージ500により出力されるアクチュエータコマンドを「再位置決め」法により処理することができ、これにより、１組の追加のアクチュエータコマンド（本明細書においては「位置決めアセンブリ調整アクチュエータコマンド」ともいう）が、１組の連続的なツール経路セグメントに関連付けられた一連の予備アクチュエータコマンドに挿入される。ツール経路セグメントに関連付けられたアクチュエータコマンドとは異なり、１組の位置決めアセンブリ調整アクチュエータコマンドが多軸加工ツールのアクチュエータに出力されると、ツールが非アクティブになり、あるいは作動しなくなり、あるいはワークピースを加工しなくなる。
【０１０８】
位置決めアセンブリ調整法は、最初に１以上のアクチュエータコマンド（例えば、上述した１組の修正済み予備アクチュエータコマンドX_prelim.'，Y_prelim.'，Z_prelim.'，B_prelim.及びC_prelim.’）をそのようなアクチュエータコマンドが１以上の対応する予備アクチュエータコマンドとして（例えば、制御システム100又は400のような制御システムの）逆運動変換ステージ118及び処理ステージ120に入力される前に処理することにより実現することができる。したがって、図６を参照すると、１以上の修正済み予備アクチュエータコマンドは、前処理ステージ（本明細書においては「位置決めアセンブリ調整処理」ステージ600ともいう）で処理され、別の１組の修正済み予備アクチュエータコマンド（すなわち、予備アクチュエータコマンドX_prelim.''，Y_prelim.''，Z_prelim.''，B_prelim.''及びC_prelim.''）を生成してもよい。
【０１０９】
位置決めアセンブリ調整処理ステージ600で、修正済み予備アクチュエータコマンド（例えば、X_prelim.'，Y_prelim.'，Z_prelim.'，B_prelim.及びC_prelim.'）が解釈ないしは処理され、一連のプロセスツール経路セグメント中のあるプロセスツール経路セグメント（例えば、第１のプロセスツール経路セグメント）からその一連のプロセスツール経路セグメント中の別のプロセスツール経路セグメント（例えば、第２のプロセスツール経路セグメント）への特定の軸（例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸又はＣ軸のいずれか）に沿った移動が、その特定の軸に関連付けられた閾値（例えば、速度、加速度、ジャーク、又はこれらを任意に組み合わせたものに関する）を超えるか否かが判断される。したがって、ある軸に関連付けられた閾値が、１以上の他の軸に関連付けられた閾値と同一であったり、異なったりする場合があり得る。一般的に、特定の軸に関連付けられた閾値は、その特定の軸に関連付けられたアクチュエータの帯域幅に対応している。多軸加工ツールが特定の軸に関連付けられた１組の冗長アクチュエータを含んでいる場合には、その特定の軸に関連付けられた閾値は、最も高い帯域幅を有する冗長アクチュエータの組の中のアクチュエータの帯域幅に対応する。
【０１１０】
いずれかの軸に対する閾値を超えると判断されると、そのような軸のそれぞれに対して、位置決めアセンブリ調整処理ステージ600は、その軸に関連付けられた予備アクチュエータコマンドを分析し、（a）その軸に関連付けられた閾値を超えることなく、その軸に沿って（例えば、図７に示される第１の速度ｖ1から）減速して（例えば、図７に示される速度ｖ＝０に）完全に停止するために必要とされる距離（すなわち、「減速距離」）を決定し、（b）その軸に関連付けられた閾値を超えることなく、その軸に沿って（例えば、図７に示される第２の速度ｖ2に）加速するために必要とされる距離（すなわち、「加速距離」）を決定し、（c）その軸に関連付けられたすべてのアクチュエータが適切に整定するまでに所望の速度で（例えば、図７に示される第２の速度ｖ2で）その軸に沿って並進すべき最短距離（すなわち、「整定距離」）を決定する。
【０１１１】
典型的には、減速距離は、最大減速度を実現可能な距離に対応するが、減速距離が、わずかな減速度又は緩やかな減速度のみを実現する距離に対応する場合がある。同様に、加速距離は、最大加速度を実現可能な距離に対応するが、加速距離が、わずかな加速度又は緩やかな加速度のみを実現する距離に対応する場合がある。また、１以上の一定減速度プロファイル又は一定加速度プロファイル、１以上の可変減速度プロファイル又は可変加速度プロファイル、又これらを任意に組み合わせたものを用いて、減速度又は加速度を実現してもよい。一実施形態においては、以下の式により整定距離を決定することができる。
【数８】
2020519446.tif 000010
ここで、tsettleは、軸に関連付けられたアクチュエータの最短整定時間を表している。
【０１１２】
次に、上述のように決定された減速距離、加速距離及び整定距離に基づいて軸に沿った位置が計算される。これらの位置は、（a）第１のプロセスツール経路セグメントの終了位置から減速距離だけオフセットした位置（すなわち減速位置）と、（b）第１のプロセスツール経路セグメントの終了位置から加速距離と整定距離の合計だけオフセットした位置（すなわち後退位置）とを含んでいる。上述した第１のプロセスツール経路セグメントの終了位置、減速位置、及び後退位置は、図７及び図８にそれぞれｐ0、ｐ1及びｐ2として示されており、図８に示されるように、共通の軸に沿って互いに離れている。第１のプロセスツール経路セグメントの終了位置ｐ0は、第２のプロセスツール経路セグメントの開始位置も表していることを理解すべきである。図８に示されるように、減速距離は、第１のプロセスツール経路セグメントの終了位置ｐ0と減速位置ｐ1との間の軸に沿った距離である。同様に、加速距離と整定距離の合計は、第１のプロセスツール経路セグメントの終了位置ｐ0と後退位置ｐ2との間の軸に沿った距離である。図７及び図８において、位置ｐ3は、所望の速度（例えば、図７に示される第２の速度ｖ2）が最初に（すなわち、後退位置ｐ2から加速した際に）得られる位置（すなわち目標速度位置）を示している。目標速度位置ｐ3と第２のプロセスツール経路セグメントの開始位置（すなわち位置ｐ0）との間の距離は上述した整定距離に対応している。
【０１１３】
上述したように、１組の位置決めアセンブリ調整アクチュエータコマンドに対応するアクチュエータコマンドが多軸加工ツールのアクチュエータに出力されると、ツールが非アクティブになり、あるいは作動しなくなり、あるいはワークピースを加工しなくなる。１組の位置決めアセンブリ調整アクチュエータコマンドに対応するアクチュエータコマンドがアクチュエータに出力された後、ツールが再びアクティブ化され、あるいは再作動され、あるいはワークピースを加工することが可能になる。上述のように、ある軸に対して減速位置ｐ1と後退位置ｐ2が決定されると、１以上の他の軸のいずれかに対して閾値を超えていなくても、それらの他の軸の減速位置と後退位置も決まり、ツールが再びアクティブ化され、あるいは再作動され、あるいはワークピースを処理することが可能になるときまでに、ツール領域を第２のプロセスツール経路セグメントの開始位置に（第２のプロセスツール経路セグメント自体にも）正確に揃えることができる。このように、１組の位置決めアセンブリ調整アクチュエータコマンドに対応するアクチュエータコマンドは、そのような他の軸のいずれかに関連付けられた任意のアクチュエータに命令を送り、関連付けられた軸に沿ってそれぞれの減速位置ｐ1、後退位置ｐ2及び第２のプロセスツール経路の開始位置ｐ0まで上述した方法により移動させることができる。
【０１１４】
位置決めアセンブリ調整アクチュエータコマンドのセットが生成されると、これが修正済み予備アクチュエータコマンド（例えば、X_prelim.'，Y_prelim.'，Z_prelim.'，B_prelim.'及びC_prelim.'）に挿入され、これにより、修正済み予備アクチュエータコマンドの別のセット（すなわち、予備アクチュエータコマンドX_prelim.''，Y_prelim.''，Z_prelim.''，B_prelim.''及びC_prelim.''）が生成される。そして、これを上述した予備アクチュエータコマンドとして出力することができる。一般的に、位置決めアセンブリ調整アクチュエータコマンドのセットは、それぞれの軸に関する第２のプロセスツール経路の開始位置ｐ0を制御システム100又は400で一緒に処理できるように、修正済み予備アクチュエータコマンドに協調して挿入される。このように、位置決めアセンブリ調整アクチュエータコマンドのセットは、それぞれの軸に関する第２のプロセスツール経路の開始位置ｐ0が時間的に互いに揃うように修正済み予備アクチュエータコマンドに挿入される。
【０１１５】
一実施形態において、位置決めアセンブリ調整処理ステージ600は、それぞれの軸に対する後退位置ｐ2が時間的に互いに揃うように、減速位置ｐ1で任意の軸に沿って休止時間（例えば、図７に示される第１の休止時間ｄ1）の間、休止することによって、それぞれの軸に関する第２のプロセスツール経路の開始位置ｐ0を時間的に揃えてもよい。他の実施形態においては、位置決めアセンブリ調整処理ステージ600は、それぞれの軸に対する第２のプロセスツール経路の開始位置ｐ0が時間的に互いに揃うように、後退位置ｐ2で任意の軸に沿って休止時間（例えば、図７に示される第２の休止時間ｄ2）の間、休止することによって、それぞれの軸に関する第２のプロセスツール経路の開始位置ｐ0を時間的に揃えてもよい。
【０１１６】
VI．誤差補正に関する更なる実施形態
本明細書で述べられる多軸加工ツールは、ツールチップとワークピースとの間で相対移動を生じさせるためにリニアアクチュエータとロータリアクチュエータの両方を用いている。アクチュエータによって生じる移動の誤差によって、ツール領域が所望の軌跡から望ましくない程に逸脱したツール経路に沿って移動する可能性が生じる。ある実施形態においては、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102、比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106、Ｂ軸アクチュエータ114及びＣ軸アクチュエータ116のようなアクチュエータは、サーボシステムとして提供される。一般的に、サーボシステムは、サーボシステムに関連するトラッキング誤差を補正するための誤差検知負帰還制御を有している。トラッキング誤差が多軸加工ツールの仕様を超えない限り、そのようなトラッキング誤差は許容される。しかしながら、多軸加工ツールのアクチュエータがより積極的に駆動されると（例えば、アクチュエータが、より高い周波数成分を有するアクチュエータコマンドなどによってより高い加速度率で駆動されると）、トラッキング誤差が大きくなり得る。
【０１１７】
上記の観点から、誤差補正法を実施してもよい。これにより、多軸加工ツールの比較的低い帯域幅のアクチュエータ又はアクチュエータのうち１つ以上に関連するトラッキング誤差を保証するために比較的高い帯域幅のアクチュエータのうちの１つ以上を使用する。以下では、本明細書で開示される多軸加工ツールに関連して誤差補正法の実施形態を述べるが、１セット以上の冗長アクチュエータ、１セット以上の軸方向相補的アクチュエータ、又はこれらを任意に組み合わせたものを有する他の加工ツールを用いて、この誤差補正法を実施してもよいことは理解すべきである。
【０１１８】
一般的に、誤差補正法は、リアルタイムの誤差補正法である。補償可能な誤差は、２つの源から生じる。１つ目の誤差の源は、それぞれ比較的低い帯域幅のアクチュエータ（例えば、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102、比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104又は比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106）に出力される１以上の低周波数成分リニアアクチュエータコマンドにおいて特定される位置と、（比較的低い帯域幅のアクチュエータに関連するフィードバック信号によって表されるような）比較的低い帯域幅のアクチュエータが移動した実際の位置との相違である。２つ目の誤差の源は、それぞれロータリアクチュエータ（例えば、Ｂ軸アクチュエータ114又はＣ軸アクチュエータ116）に出力される１以上の低周波数成分ロータリアクチュエータコマンドにおいて特定される位置と、（ロータリアクチュエータに関連するフィードバック信号によって表されるような）ロータリアクチュエータが移動した実際の位置との相違である。
【０１１９】
図13Aは、上述した誤差補正法を実施するためのリアルタイム誤差補正システム1300の実施形態を模式的に示すブロック図である。一般的に、リアルタイム誤差補正システム1300は、比較的低い帯域幅のアクチュエータに関連する誤差を補正のために比較的高い帯域幅のアクチュエータのうち１つ以上（例えば、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110、及び比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112のうち１つ以上に）に供給することにより、誤差補正法を実施する。さらに、ロータリアクチュエータに関連する誤差は、最初に、対応する線形誤差に変換された後、これらの線形誤差が比較的高い帯域幅のアクチュエータのうち１つ以上に供給される。この誤差補正法は、上記１つ目及び２つ目の誤差の源が組み合わさった効果に対応するものであり、多軸加工ツールの動的精度をリアルタイムで改善するのに役立つ。
【０１２０】
図13Aを参照すると、リアルタイム誤差補正システム1300は、制御システム100により生成された所定のコマンドを入力とするものとして特徴付けることができる。例えば、図示された実施形態においては、リアルタイム誤差補正システム1300は、中間リニアアクチュエータコマンドの第１のセット（すなわち、第１の中間Ｘ軸アクチュエータコマンドX0、第１の中間Ｙ軸アクチュエータコマンドY0、及び第１の中間Ｚ軸アクチュエータコマンドZ0）、中間リニアアクチュエータコマンドの第２のセット（すなわち、第２の中間Ｘ軸アクチュエータコマンドX1、第２の中間Ｙ軸アクチュエータコマンドY1、及び第２の中間Ｚ軸アクチュエータコマンドZ1）、処理済みロータリアクチュエータコマンド（すなわち、B_low及びC_low）、処理済みリニアアクチュエータコマンドの第１のセット（すなわち、低周波数成分Ｘ軸アクチュエータコマンドX_low、低周波数成分Ｙ軸アクチュエータコマンドY_low、及び低周波数成分Ｚ軸アクチュエータコマンドZ_low）及び処理済みリニアアクチュエータコマンドの第２のセット（すなわち、高周波数成分Ｘ軸アクチュエータコマンドX_high、高周波数成分Ｙ軸アクチュエータコマンドY_high、及び高周波数成分Ｚ軸アクチュエータコマンドZ_high）を入力とすることができる。
【０１２１】
中間リニアアクチュエータコマンドの第１のセットとＢ軸ロータリアクチュエータ114及びＣ軸ロータリアクチュエータ116により生成される（あるいはこれに関連する）ロータリフィードバック信号（すなわち、それぞれB_fbk及びC_fbk）は、中間リニアアクチュエータコマンドの第３のセットを生成するように処理される。例えば、順運動変換1302が第１の中間Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX0）、第１の中間Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY0）、第１の中間Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ0）、Ｂ軸ロータリフィードバック信号（すなわちB_fbk）及びＣ軸ロータリフィードバック信号（すなわちC_fbk）に適用され、中間リニアアクチュエータコマンドの第３のセットが生成される。中間リニアアクチュエータコマンドの第３のセットは、第３の中間Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX2）、第３の中間Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY2）及び第３の中間Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ2）を含んでいる。順運動変換は、以下の式により適用することができる。
【数９】
2020519446.tif 000011
【０１２２】
上記式に示されるように、順運動変換は、Ｂ軸及びＣ軸に沿った実際のフィードバック位置で中間リニアアクチュエータコマンドの第３のセットを算出する。
【０１２３】
中間リニアアクチュエータコマンドの第２のセットと第３のセットとの間の差は、ロータリアクチュエータのうちの１つ以上（例えば、Ｂ軸アクチュエータ114及びＣ軸アクチュエータ116のうち１つ以上）のトラッキング誤差により生じる線形誤差を表す第１の線形誤差信号のセット（すなわち、第１の線形誤差信号eX1、eY1及びeZ1）として現れる。第１の線形誤差信号eX1、eY1及びeZ1のそれぞれは、対応する第２の線形誤差信号eX2、eY2及びeZ2（包括的に「第２の線形誤差のセット」という）に組み合わされ、この第２の線形誤差のセットは、比較的低い帯域幅リニアアクチュエータのうち１つ以上（例えば、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102、比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104及び比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106のうち１つ以上）のトラッキング誤差により生じる線形誤差を表している。図示されるように、それぞれの第２の線形誤差信号（eX2、eY2及びeZ2）は、アクチュエータに出力されたアクチュエータコマンドにより命令された位置と、アクチュエータにより生成されたフィードバック信号により示される位置との差に対応する。したがって、低周波数成分Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_low）、低周波数成分Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_low）及び低周波数成分Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_low）に反応して、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102、比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104及び比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106は、それぞれフィードバック信号X_fbk、Y_fbk及びZ_fbkを生成する。
【０１２４】
図13Aに示されている実施形態においては、第１の線形誤差信号と第２の線形誤差信号とが組み合わされたもの（すなわち、eX1＋eX2、eY1＋eY2及びeZ1＋eZ2）のそれぞれが、処理済みリニアコマンドの第２のセット（すなわち、高周波数成分Ｘ軸アクチュエータコマンドX_high、高周波数成分Ｙ軸アクチュエータコマンドY_high、及び高周波数成分Ｚ軸アクチュエータコマンドZ_high）にも組み合わされ、これにより、処理済みリニアコマンドの第３のセットが生成される。処理済みリニアコマンドの第３のセットは、処理済みリニアコマンドの第２のセットから得られるだけではなく、第１の線形誤差信号及び第２の線形誤差信号から得られるので、処理済みリニアコマンドの第３のセットの周波数成分を混合することができる（すなわち、ロータリアクチュエータ及び比較的低い帯域幅のリニアアクチュエータのいずれかの限界周波数より低い周波数成分、あるいはその限界周波数の周波数成分、さらにその限界周波数よりも高い周波数成分を含む）。このように、処理済みリニアコマンドの第３のセットは、複合Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_comp.）、複合Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_comp.）及び複合Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_comp.）を含み得る。複合Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_comp.）は、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102の限界周波数を下回る周波数から比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102の限界周波数を上回る周波数までの範囲にわたる周波数成分を有している。同様に、複合Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_comp.）は、比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104の限界周波数を下回る周波数から比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104の限界周波数を上回る周波数までの範囲にわたる周波数成分を有しており、複合Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_comp.）は、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106の限界周波数を下回る周波数から比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106の限界周波数を上回る周波数までの範囲にわたる周波数成分を有している。
【０１２５】
最終的には、図示されるように、複合Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_comp.）、複合Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_comp.）及び複合Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_comp.）が、それぞれ比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110及び比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112に出力される。図13Aに示されるように、処理済みリニアコマンドの第３のセットは、処理済みリニアコマンドの第２のセット（すなわち、X_high、Y_high及びZ_high）に代えて、比較的高い帯域幅のアクチュエータに出力される。
【０１２６】
図13Aに示される実施形態によれば、リアルタイム誤差補正システム1300が制御システム100とともに実現される。上述したように、制御システム100は、多軸加工ツールを制御するのに適したアクチュエータコマンドを処理及び生成するためのアルゴリズムを実現し、これにより、予備アクチュエータコマンドの周波数成分が多軸加工ツールに含まれるアクチュエータの限界周波数に対応する複数の周波数帯域に分解されるものとして特徴付けることができる。しかしながら、リアルタイム誤差補正システム1300又はその変形例を他の種類の制御システムとともに実現することができることは理解できよう。
【０１２７】
例えば、リアルタイム誤差補正システムは、予備アクチュエータコマンドの周波数成分を上述した複数の周波数帯域に分解しない制御システムとともに実現することができる。例えば、制御システムは、上述した予備アクチュエータコマンドを単純に生成及び出力してもよい。この例では、リアルタイム誤差補正システム1300の変形例が、図13Bに例示的に示されるようなリアルタイム誤差補正システム1301として提供される。
【０１２８】
図13Bを参照すると、リアルタイム誤差補正システム1301は、予備アクチュエータコマンド（例えば、上述した予備アクチュエータコマンドX_prelim.、Y_prelim.、Z_prelim.、B_prelim.、C_prelim.）を処理して、逆運動変換（例えば、上述した逆運動変換118）を適用することにより、中間リニアアクチュエータコマンドのセット（例えば、上述した中間リニアアクチュエータコマンドの第１のセットX0、Y0及びZ0）を生成するように構成されていてもよい。
【０１２９】
予備アクチュエータコマンドは、多軸加工ツールのロータリアクチュエータのそれぞれにも出力され、それぞれのフィードバック信号が生成される。例えば、予備Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_prelim.）が比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102に出力され、予備Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_prelim.）が比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104に出力され、予備Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_prelim.）が比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106に出力され、予備Ｂ軸アクチュエータコマンド（すなわちB_prelim.）がＢ軸アクチュエータ114に出力され、予備Ｃ軸アクチュエータコマンド（すなわちC_prelim.）が比較的低い帯域幅のＣ軸アクチュエータ116に出力される。次に、上述したアクチュエータが、対応するフィードバック信号（例えば、上述したフィードバック信号X_fbk、Y_fbk、Z_fbk、B_fbk及びC_fbk）を生成して出力してもよい。
【０１３０】
中間リニアアクチュエータコマンドの第１のセット（例えば、X0、Y0及びZ0）及びロータリフィードバック信号（例えば、B_fbk及びC_fbk）が予備Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_prelim.）、予備Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_prelim.）及び予備Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_prelim.）とともに処理され、順運動変換（例えば、上述した順運動変換1302）を適用することにより、中間リニアアクチュエータコマンドの他のセット（例えば、中間リニアアクチュエータコマンドの第４のセットX3、Y3及びZ3）を生成する。
【０１３１】
リアルタイム誤差補正システム1301は、予備リニアアクチュエータコマンド（すなわち、予備Ｘ軸アクチュエータコマンドX_prelim.、予備Ｙ軸アクチュエータコマンドY_prelim.、及び予備Ｚ軸アクチュエータコマンドZ_prelim.）のそれぞれと中間リニアアクチュエータコマンドの第４のセット（すなわち、X3、Y3及びZ3）との差を計算し、上述した第１の線形誤差信号のセット（すなわち、eX1、eY1及びeZ1）を導く。同様に、アクチュエータに出力されたそれぞれのアクチュエータコマンドにより命令された位置と、アクチュエータにより生成されたフィードバック信号により示される位置との差が計算され、上述した第２の線形誤差信号のセット（すなわち、eX2、eY2及びeZ2）が導かれる。
【０１３２】
第１の線形誤差信号eX1、eY1及びeZ1のそれぞれが、対応する第２の線形誤差信号eX2、eY2及びeZ2に組み合わされ、その後、第１の線形誤差信号と第２の線形誤差信号とが組み合わされたもの（すなわち、eX1＋eX2、eY1＋eY2及びeZ1＋eZ2）のそれぞれが、比較的高い帯域幅のアクチュエータのうち対応するアクチュエータに処理済みリニアコマンドの第４のセットとして出力される。処理済みリニアコマンドの第４のセットは、誤差補正Ｘ軸アクチュエータコマンドX_corr.、誤差補正Ｙ軸アクチュエータコマンドY_corr.、及び誤差補正Ｚ軸アクチュエータコマンドZ_corr.を含み得る。誤差補正Ｘ軸アクチュエータコマンド（すなわちX_corr.）、誤差補正Ｙ軸アクチュエータコマンド（すなわちY_corr.）及び誤差補正Ｚ軸アクチュエータコマンド（すなわちZ_corr.）は、それぞれ比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108、比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110、比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112、Ｂ軸アクチュエータ114及びＣ軸アクチュエータ116に出力される。
【０１３３】
VII．比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータに関する更なる実施形態
パラレルツールチップ位置決めアセンブリに関して上記で述べたように、ツールがレーザ光の集束ビームとして提供される場合には、比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112は、レーザ光が伝搬する経路（すなわち「伝搬経路」）に配置されたズームレンズであり得る。当業者には理解できるように、ズームレンズは、レンズ素子の機械的組立体であり、その焦点距離が異なることがある。図９は、一実施形態におけるズームレンズを示しており、これを比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112として用いることができる。
【０１３４】
図９を参照すると、一実施形態におけるズームレンズは、ズームレンズ900であってもよく、対物レンズ素子902（例えば、発散レンズ素子）及び収束レンズ素子904を含み得る。図示された実施形態においては、対物レンズ素子902は発散レンズ（例えば両凹レンズ）であり、収束レンズ素子904は両凸レンズである。対物レンズ素子902及び収束レンズ素子904は、単レンズシステムとして図示されているが、当該技術分野で知られているように、対物レンズ素子902及び収束レンズ素子904の一方又は両方が複合レンズシステムであってもよい。
【０１３５】
対物レンズ素子902及び収束レンズ素子904は、当該技術分野において知られている任意の好適な方法により（例えば、上述した伝搬経路304のような伝搬経路と同一直線上に位置するように）ともに共通軸に沿って配置されている。一般的に、スキャンレンズ302は、第１の焦点距離ｆ1を有するものとして特徴付けることができ、収束レンズ素子904は、（収束レンズ素子904の軸から測定される）第２の焦点距離ｆ2を有するものとして特徴付けることができ、対物レンズ素子902は、（対物レンズ素子902の軸から測定される）第３の焦点距離ｆ3を有するものとして特徴付けることができる。一般的に、第１の焦点距離ｆ1は第２の焦点距離ｆ2よりも長く、第２の焦点距離ｆ2は第３の焦点距離ｆ3よりも長い。
【０１３６】
さらに、図示はされていないが、収束レンズ素子904に対して対物レンズ素子902を伝搬経路304に沿って移動させるように配置及び構成されたアクチュエータ（例えば、１以上の油圧シリンダ、１以上の空気圧シリンダ、１以上のサーボモータ、１以上のボイスコイルアクチュエータ、１以上の圧電アクチュエータ、１以上の電歪素子、１以上のガルバノメータ駆動カムなど、又はこれらを任意に組み合わせたもの）に対物レンズ素子902を連結してもよい。例えば、このアクチュエータ（本明細書においては「ズームレンズアクチュエータ」ともいう）は、対物レンズ素子902を収束レンズ素子904から遠ざかるように、あるいは収束レンズ素子904に向けて移動させることができる。ある実施形態においては、ズームレンズアクチュエータは、１mm以上、５mm以上、10mm以上、15mm以上、20mm以上、25mm以上、30mm以上、40mm以上、50mm以上、75mm以上など、あるいはこれらの値のいずれかの間の距離だけ対物レンズ素子902を収束レンズ素子904に向けて、あるいは収束レンズ素子904から遠ざかるように移動させるように構成されていてもよい。収束レンズ素子904は、スキャンレンズ302に対して位置が固定されていてもよいし、あるいはスキャンレンズ302に対して移動可能に構成されていてもよい。
【０１３７】
ズームレンズ900は、（例えば、上述したスキャンレンズ302としての）スキャンレンズの上流側に配置される。図示はされていないが、（例えば、それぞれ図３に関して上記で述べた第１のガルバノメータ駆動ミラーシステム及び第２のガルバノメータ駆動ミラーシステムのようなガルバノメータ駆動ミラーシステムとして提供される）比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108及び比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110をズームレンズ900とスキャンレンズ302との間に介在させてもよい。
【０１３８】
図９に示されるように、「ゼロシフト位置」に対物レンズ素子902を位置決めするようにズームレンズアクチュエータを作動させてもよい。これにより、（第３の焦点距離ｆ3での）対物レンズ素子902の焦点面が（第２の焦点距離ｆ2での）収束レンズ素子904の焦点面と一致する。上述のように、対物レンズ素子902を（すなわち「ゼロシフト位置」に）位置決めすると、レーザ光のビーム906が、ズームレンズ900を通過した後、スキャンレンズ302によって（第１の焦点距離ｆ1で）スキャンレンズ302の焦点面と一致する焦点908に集束される。
【０１３９】
図10に示されるように、収束レンズ素子904から遠ざかるように移動する方向に対物レンズ素子902をゼロシフト位置から遠ざかるようにシフトさせるようにズームレンズアクチュエータを作動させてもよい。この結果、（第３の焦点距離ｆ3の）対物レンズ素子902の焦点面が、収束レンズ素子904から遠ざかる方向に（第２の焦点距離ｆ2の）収束レンズ素子904の焦点面から遠ざかるように移動する。上述したように（「正シフト位置」に）対物レンズ素子902が位置決めされると、（ズームレンズ900を通過してスキャンレンズ302により集束された後の）レーザ光のビーム906の焦点908がスキャンレンズ302に向かってシフトする。図10に示されるように、ズームレンズ900とスキャンレンズ302との間では、レーザ光のビーム906がスキャンレンズ302に向かって伝搬するのに従って、レーザ光のビーム906が収束する。
【０１４０】
図11に示されるように、収束レンズ素子904に向かって移動する方向に対物レンズ素子902をゼロシフト位置から遠ざかるようにシフトさせるようにズームレンズアクチュエータを作動させてもよい。この結果、（第３の焦点距離ｆ3の）対物レンズ素子902の焦点面が、収束レンズ素子904に向かう方向に（第２の焦点距離ｆ2の）収束レンズ素子904の焦点面から遠ざかるように移動する。上述したように（「負シフト位置」に）対物レンズ素子902が位置決めされると、（ズームレンズ900を通過してスキャンレンズ302により集束された後の）レーザ光のビーム906の焦点908がスキャンレンズ302から遠ざかるようにシフトする。図11に示されるように、ズームレンズ900とスキャンレンズ302との間では、レーザ光のビーム906がスキャンレンズ302に向かって伝搬するのに従って、レーザ光のビーム906が発散する。
【０１４１】
焦点908が（図10に示されるように）スキャンレンズ302に向かって、あるいは（図11に示されるように）スキャンレンズ302から遠ざかるようにシフトする距離ｄfpを以下の式により決めることができる。
【数１０】
2020519446.tif 000012
ここで、ｄsは、シフトした対物レンズ素子902の軸から収束レンズ素子904の焦点面の距離に等しく、上述したように、ｆ1は、スキャンレンズ302の焦点距離を表しており、ｆ2は、収束レンズ素子904の焦点距離を表しており、ｆ3は、対物レンズ素子902の焦点距離を表している。焦点908のシフト距離ｄfpに対する対物レンズ素子902のシフト距離ｄsの比率が１：１に等しく、あるいは１：１よりも大きく、あるいは１：１よりも小さくなるように、ｆ1、ｆ2及びｆ3を選択あるいは設定してもよいことは理解すべきである。本明細書で述べられる焦点908のシフトは、本明細書では「焦点高さ変調」ともいうことがある。
【０１４２】
さらに、対物レンズ素子902のシフト距離ｄsが最大の正シフト位置から最大の負シフト位置までスキャンされるときに、（上述したように、ズームレンズ900及びスキャンレンズ302を通過した後に）最終的にワークピースのツール領域に照射されるレーザ光の集束ビームのスポットサイズが１μm未満だけ変化するように、対物レンズ素子902、収束レンズ素子904及びスキャンレンズ302の特性を選択することができる。ある実施形態においては、（上述したように、ズームレンズ900及びスキャンレンズ302を通過した後に）最終的にワークピースのツール領域に照射されるレーザ光の集束ビームのスポットサイズの変化は、対物レンズ素子902のシフト距離ｄsが最大の正シフト位置から最大の負シフト位置までスキャンされるときに、0.75μm未満、0.5μm未満、0.25μm未満、0.1μm未満、0.075μm未満、0.05μm未満、0.025μm未満、0.01μm未満など、あるいはこれらの値のいずれかの間の値だけ変化し得る。
【０１４３】
本明細書で使用される場合には、「スポットサイズ」という用語は、ツール軸がワークピースのツール領域を横切る位置での照射レーザパルスの直径又は最大空間幅を意味する。本明細書における議論においては、スポットサイズは、ツール軸から、光学強度がツール軸での光強度の1/e2にまで下がるところまでの半径方向距離又は横断距離として測定される。
【０１４４】
図12は、対物レンズ素子902のシフト距離ｄsを20mmの最大の正シフト位置から20mmの最大の負シフト位置までスキャンした実験の結果を示すグラフを示している。この結果、（左側に示される縦軸に関連付けられた）破線により示される焦点908のシフト距離ｄfpもこれに対応してシフトし、（右側に示される縦軸に関連付けられた）灰色の実線で示されるように、最終的にワークピース（すなわち、ワークピースの表面）のツール領域に照射されるレーザ光の集束ビームのスポットサイズの変動が約0.066μmとなった。
【０１４５】
上述のように構成されているため、ズームレンズ900は、スキャンレンズ302の焦点面の平坦性、焦点908でのスポットサイズ、焦点908でのスポット形状、テレセントリック性への影響を最小限にしつつ、限られた範囲（例えば、第１の焦点距離の約+/-10％）で十分に制御された焦点高さ変調を提供することができる。さらに、対物レンズ素子902の重量はたった数グラムであり、これにより、ズームレンズアクチュエータによって比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106よりもずっと高い帯域幅で対物レンズ素子902を移動させることが可能となる。
【０１４６】
VIII．ハイブリッド多軸加工ツールの実施形態の例
図14は、一実施形態によるハイブリッド多軸加工ツールを模式的に示す斜視図である。図15は、図14に示されるハイブリッド多軸加工ツールを図14のXV-XV’線に沿って模式的に示す部分側面図である。
【０１４７】
図14及び図15を参照すると、多軸加工ツール1400のようなハイブリッド多軸加工ツールは、（例えば、一連のパルスとして、あるいは連続又は準連続レーザ光ビームとして、あるいはこれらを任意に組み合わせたものとして現れる）レーザ光を生成するためのレーザ源1402や、レーザ源1402により生成されたレーザ光を調整（例えば、拡大、コリメート、フィルタ、偏極、集束、減衰、散乱、吸収、反射など、あるいはこれらを任意に組み合わせる）するためのレーザ光学系のようなコンポーネントを含み得る。レーザ光学系の例としては、第１の光シャッタ1404a及び第２の光シャッタ1404bのような１以上のシャッタ、第１のミラー1406a、第２のミラー1406b、第３のミラー1406c、第４のミラー1406d、第５のミラー1406e、第６のミラー1406f、第７のミラー1406g、第８のミラー1406h及び第９のミラー1406i、第１のコリメータ1408a及び第２のコリメータ1408bが挙げられる。
【０１４８】
一般的に、レーザ源1402はレーザ光を生成することができる。このため、レーザ源104は、パルスレーザ源、CWレーザ源、QCWレーザ源、バーストモードレーザなど、又はこれらを任意に組み合わせたものを含み得る。レーザ源1402がQCWレーザ源又はCWレーザ源を含む場合、レーザ源104は、（例えば、１以上のレーザパルスを生成する）QCWレーザ源又はCWレーザ源から出力されるレーザ放射のビームを時間的に変調するパルスゲーティングユニット（例えば、音響光学（AO）変調器（AOM）、ビームチョッパなど）を必要に応じて含み得る。図示されていないが、多軸加工ツール1400は、レーザ源1402により出力される光の波長を変換するように構成される１以上の高調波発生結晶（「波長変換結晶」としても知られている）を必要に応じて含むことができる。したがって、ワークピース位置決めアセンブリ201によって支持されるワークピースに最終的に照射されるレーザ光は、紫外光（UV）、可視光（例えば紫色、青色、緑色、赤色など）、赤外光（IR）の範囲の電磁スペクトル、あるいはこれらを任意に組み合わせたもののうち１つ以上における１以上の波長を有するものとして特徴付けられていてもよい。UV範囲の電磁スペクトルを有するレーザパルスは、157nm、200nm、334nm、337nm、351nm、380nmなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の波長のような、150nm（又はその前後）から385nm（又はその前後）の範囲にある１以上の波長を有していてもよい。可視緑色範囲の電磁スペクトルを有するレーザパルスは、511nm、515nm、530nm、532nm、543nm、568nmなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の波長のような、500nm（又はその前後）から570nm（又はその前後）の範囲にある１以上の波長を有していてもよい。IR範囲の電磁スペクトルを有するレーザパルスは、700nmから1000nm、752.5nm、780nmから1060nm、799.3nm、980nm、1047nm、1053nm、1060nm、1064nm、1080nm、1090nm、1152nm、1150nmから1350nm、1540nm、2.6μmから４μm、4.8μmから8.3μm、9.4μm、10.6μmなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の波長のような、750nm（又はその前後）から15μm（又はその前後）の範囲にある１以上の波長を有していてもよい。
【０１４９】
ワークピース位置決めアセンブリ201により支持されるワークピースに最終的に照射されるレーザパルスは、10fsから900msの範囲にあるパルス幅又はパルス持続時間（すなわち、時間に対するパルス中の光パワーの半値全幅（FWHM）に基づく）を有することができる。しかしながら、パルス持続時間を30fsよりも短くしてもよく、あるいは900msよりも長くしてもよいことは理解できよう。このように、レーザ源1402により出力される少なくとも１つのレーザパルスは、10fs、15fs、30fs、50fs、100fs、150fs、200fs、300fs、500fs、700fs、750fs、850fs、900fs、１ps、２ps、３ps、４ps、５ps、７ps、10ps、15ps、25ps、50ps、75ps、100ps、200ps、500ps、１ns、1.5ns、２ns、５ns、10ns、20ns、50ns、100ns、200ns、400ns、800ns、1000ns、２μs、５μs、10μs、50μs、100μs、300μs、500μs、900μs、１ms、２ms、５ms、10ms、20ms、50ms、100ms、300ms、500ms、900ms、１sなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値よりも長いパルス持続時間、あるいはこれらと等しいパルス持続時間を有することができる。同様に、レーザ源1402により出力される少なくとも１つのレーザパルスは、１ｓ、900ms、500ms、300ms、100ms、50ms、20ms、10ms、５ms、２ms、１ms、300ms、900μs、500μs、300μs、100μs、50μs、10μs、５μs、１μs、800ns、400ns、200ns、100ns、50ns、20ns、10ns、５ns、２ns、1.5ns、１ns、500ps、200ps、100ps、75ps、50ps、25ps、15ps、10ps、７ps、５ps、４ps、３ps、２ps、１ps、900fs、850fs、800fs、750fs、700fs、500fs、300fs、200fs、150fs、100fs、50fs、30fs、15fs、10fsなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値よりも短いパルス持続時間を有することができる。
【０１５０】
レーザ源1402により出力されるレーザパルスは、100mWから50kWの範囲にある平均パワーを有することができる。しかしながら、平均パワーを100mWよりも小さくしてもよく、あるいは50kWよりも大きくしてもよいことは理解できよう。このように、レーザ源1402により出力されるレーザパルスは、100mW、300mW、500mW、800mW、１W、２W、３W、４W、５W、６W、７W、10W、15W、18W、25W、30W、50W、60W、100W、150W、200W、250W、500W、２kW、３kW、20kW、50kWなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値よりも大きいか等しい平均パワーを有することができる。同様に、レーザ源1402により出力されるレーザパルスは、50kW、20kW、３kW、２kW、500W、250W、200W、150W、100W、60W、50W、30W、25W、18W、15W、10W、７W、６W、５W、４W、３W、２W、１W、800mW、500mW、300mW、100mWなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値よりも小さい平均パワーを有することができる。
【０１５１】
レーザ源1402によりレーザパルスを５kHzから１GHzの範囲にあるパルス繰り返し率で出力することができる。しかしながら、パルス繰り返し率は、５kHzより低くてもよく、あるいは１GHzよりも高くてもよいことは理解できよう。このように、レーザ源104によりレーザパルスを、５kHz、50kHz、100kHz、175kHz、225kHz、250kHz、275kHz、500kHz、800kHz、900kHz、１MHz、1.5MHz、1.8MHz、1.9MHz、２MHz、2.5MHz、３MHz、４MHz、５MHz、10MHz、20MHz、50MHz、70MHz、100MHz、150MHz、200MHz、250MHz、300MHz、350MHz、500MHz、550MHz、700MHz、900MHz、２GHz、10GHzなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値よりも高いパルス繰り返し率、これらと等しいパルス繰り返し率で出力することができる。同様に、レーザ源1402によりレーザパルスを、10GHz、２GHz、１GHz、900MHz、700MHz、550MHz、500MHz、350MHz、300MHz、250MHz、200MHz、150MHz、100MHz、90MHz、70MHz、50MHz、20MHz、10MHz、５MHz、４MHz、３MHz、2.5MHz、２MHz、1.9MHz、1.8MHz、1.5MHz、１MHz、900kHz、800kHz、500kHz、275kHz、250kHz、225kHz、175kHz、100kHz、50kHz、５kHzなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値よりも低いパルス繰り返し率で出力することができる。
【０１５２】
レーザ源1402を特徴付け得るレーザの種類の例としては、ガスレーザ（例えば、二酸化炭素レーザ、一酸化炭素レーザ、エキシマレーザなど）、固体レーザ（例えば、Nd:YAGレーザなど）、ロッドレーザ、ファイバレーザ、フォトニック結晶ロッド／ファイバレーザ、パッシブモードロック固体バルク又はファイバレーザ、色素レーザ、モードロックダイオードレーザ、パルスレーザ（例えば、msパルスレーザ、nsパルスレーザ、psパルスレーザ、fsパルスレーザ）、CWレーザ、QCWレーザなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。レーザ源1402として提供され得るレーザ源の具体例としては、EOLITE社により製造されるBOREAS、HEGOA、SIROCCO又はCHINOOKシリーズのレーザ、PYROPHOTONICS社により製造されるPYROFLEXシリーズのレーザ、COHERENT社により製造されるPALADIN Advanced 355又はDIAMONDシリーズのレーザ（例えば、DIAMOND Eシリーズ、Gシリーズ、J-2シリーズ、J-3シリーズ、J-5シリーズ）、SYNRAD社により製造されるPULSTARシリーズ又はFIRESTARシリーズのレーザ、TRUMPF社により製造されるTRUFLOWシリーズのレーザ（例えば、TRUFLOW 2000、2700、3200、3600、4000、5000、6000、7000、8000、10000、12000、15000、20000）、TRUCOAXシリーズのレーザ（例えばTRUCOAX 1000）又はTRUDISKシリーズ、TRUPULSEシリーズ、TRUDIODEシリーズ、TRUFIBERシリーズ、又はTRUMICROシリーズのレーザ、IMRA AMERICA社により製造されるFCPAμJEWEL又はFEMTOLITEシリーズのレーザ、AMPLITUDE SYSTEMES社により製造されるTANGERINE及びSATSUMAシリーズのレーザ（及びMIKAN及びT-PULSEシリーズの発振器）、IPG PHOTONICS社により製造されるCLシリーズ、CLPFシリーズ、CLPNシリーズ、CLPNTシリーズ、CLTシリーズ、ELMシリーズ、ELPFシリーズ、ELPNシリーズ、ELPPシリーズ、ELRシリーズ、ELSシリーズ、FLPNシリーズ、FLPNTシリーズ、FLTシリーズ、GLPFシリーズ、GLPNシリーズ、GLRシリーズ、HLPNシリーズ、HLPPシリーズ、RFLシリーズ、TLMシリーズ、TLPNシリーズ、TLRシリーズ、ULPNシリーズ、ULRシリーズ、VLMシリーズ、VLPNシリーズ、YLMシリーズ、YLPFシリーズ、YLPNシリーズ、YLPPシリーズ、YLRシリーズ、YLSシリーズ、FLPMシリーズ、FLPMTシリーズ、DLMシリーズ、BLMシリーズ、又はDLRシリーズのレーザ（例えば、GPLN-100-M、GPLN-500-QCW、GPLN-500-M、GPLN-500-R、GPLN-2000-S、UPLN-355-M、UPLN-355-R、UPLN-355-QCW-Rなどを含む）、又はこれに類するもの、あるいはこれらを任意に組み合わせたもののような１以上のレーザ源が挙げられる。
【０１５３】
一実施形態においては、第１の光シャッタ1404a及び第２の光シャッタ1404bの一方又は両方が、アイリスの開口を通過する光の量を制御するために当該技術分野において知られている方法により開閉可能な手動アイリス又はコントローラ駆動型アイリスであってもよい。一実施形態においては、第１のコリメータ1408a及び第２のコリメータ1408bの一方又は両方が、ビーム縮小コリメータ又はビーク拡大コリメータであってもよい。
【０１５４】
多軸加工ツール1400は、ワークピース位置決めアセンブリをさらに含んでいる。一実施形態においては、ワークピース位置決めアセンブリは、上述したワークピース位置決めアセンブリ201であり、ツールチップ位置決めアセンブリは、ハイブリッドツールチップ位置決めアセンブリである。したがって、ワークピース位置決めアセンブリ201は、（例えば、Ｂ軸アクチュエータ114が、比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104上に比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104により移動可能となるように装着される場合、Ｃ軸アクチュエータ116が、Ｂ軸アクチュエータ114上にＢ軸アクチュエータ114により移動可能となるように装着される場合、比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104、あるいはこれらを任意に組み合わせたような場合に）比較的低い帯域幅のＹ軸アクチュエータ104、Ｂ軸アクチュエータ114及びＣ軸アクチュエータ116を含み得る。ワークピース（これも図示せず）を任意の好適な方法又は所望の方法により維持、保持、移送などするために、（例えば比較的低い帯域幅のＣ軸アクチュエータ116で）ワークピース位置決めアセンブリ201にワークピース固定具（図示せず）を機械的に連結してもよい。ワークピース固定具は、ワークピースをクランプ、固定、維持、固着あるいは支持可能な１以上のチャック又は他のクランプ、クリップ、又は他の固定器具（例えば、ボルト、ネジ、ピン、保持リング、ストラップ、紐など）であってもよい。
【０１５５】
多軸加工ツール1400は、ツールチップ位置決めアセンブリをさらに含んでいる。図示された実施形態においては、ツールチップ位置決めアセンブリは、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102（例えば、ここではＸ軸に沿って方向付けられたリニアステージである）と、（例えば、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102により移動可能となるように連結された比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102に連結された固定具1409を介して）比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102上に装着された比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106（例えば、ここではＺ軸に沿って方向付けられたステージである）と、（例えば、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106により、あるいは比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102により、あるいはこれらの組み合わせにより移動可能となるように）比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106に装着された比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112とを含むハイブリッドツールチップ位置決めアセンブリである。別の実施形態においては、ツールチップ位置決めアセンブリから比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112が省略される（すなわち、多軸加工ツール1400が比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112を含んでいない）。
【０１５６】
上述したコンポーネントに加えて、ハイブリッドツールチップ位置決めアセンブリは、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108及び比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110も含んでいる。図示された実施形態においては、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108及び比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110は、それぞれ（例えば、図３に関して述べられたような）ガルバノメータ駆動ミラーシステムであり、（例えば、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106により、あるいは比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102により、あるいはこれらの組み合わせにより移動可能となるように）比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106上に取り付けられた共通のスキャンヘッド1410に組み込まれている。また、スキャンヘッド1410は、（例えば、上記で図３又は図９〜図11のいずれかに関して述べたような）スキャンレンズを含んでいてもよい。
【０１５７】
多軸加工ツール1400は、プロセスベース1412とシステムベース1414とをさらに含んでいる。プロセスベース1412は、ワークピース位置決めアセンブリ201、レーザ源1402、レーザ光学部品などのコンポーネントを多軸加工ツール1400の外部で生じた振動から少なくとも部分的に隔離するように構成されている。したがって、一実施形態においては、プロセスベース1412は、花崗岩、輝緑岩など、又はこれらを任意に組み合わせたものからなる比較的重いブロックである。プロセスベース1412は、システムベース1414上又はシステムベース1414内に配置されており、（例えば、エラストマー材料から形成される）１組のマウント1413に載置されている。マウント1413は、（例えば、そのような振動から生じるであろう加工中の精度低下を防止する、あるいは最小限にするために）多軸加工ツール1400の外部で生じた振動を低減するように構成されている。システムベース1414は、例えば、床（図示せず）の上に支持されていてもよい。一実施形態においては、多軸加工ツール1400のアクチュエータ、レーザ源1402、シャッタ1404a，1404bなどに関連付けられたコントローラがシステムベース1414内に収容されていてもよい。
【０１５８】
多軸加工ツール1400は、プロセスベース1412に連結された支持フレーム1416（例えば、ガントリ）1416をさらに含んでいる。支持フレーム1416は、ワークピース位置決めアセンブリ201の上方でツールチップアセンブリを支持するように構成されていてもよい。支持フレーム1416は、ワークピース位置決めアセンブリ201の両側でプロセスベース1412に連結され、ともに梁1420を支持する１対のサポート1418を含んでいてもよい。図示された実施形態においては、ツールチップ位置決めアセンブリの比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102が梁1420に連結されており、これにより、支持フレーム1416によってワークピース位置決めアセンブリ201の上方でツールチップアセンブリを支持することができる。支持フレーム1416は、上述したツールチップ位置決めアセンブリ内のアクチュエータやスキャンレンズなどの構成要素をワークピース位置決めアセンブリ201により生じる振動からだけではなく、多軸加工ツール1400の外部で生じた振動から少なくとも部分的に隔離するように構成されていてもよい。したがって、一実施形態においては、支持フレーム1416のサポート1418と梁1420は、花崗岩、輝緑岩など、又はこれらを任意に組み合わせたものからなる比較的重いブロックとして形成されていてもよい。
【０１５９】
多軸加工ツール1400は、（例えば、サポート1418及び梁1420で）支持フレーム1416に連結される光学部品壁1422をさらに含んでいる。この光学部品壁1422が、上述したレーザ光学部品の一部を支持していてもよい。例えば、図15に最も良く示されているように、第１の光シャッタ1404a及び第２の光シャッタ1404b、第１の折り返しミラー1406a、第２の折り返しミラー1406b、第３の折り返しミラー1406c、第４の折り返しミラー1406d、第５の折り返しミラー1406e及び第６の折り返しミラー1406f、第１のコリメータ1408a及び第２のコリメータ1408bのようなレーザ光学部品を光学部品壁に連結してもよい。他の実施形態においては、第１のシャッタ1404a及び第２のシャッタ1404bの一方又は両方を任意の好適な方法によりプロセスベース1412に連結してもよい。
【０１６０】
一般的に、第１の折り返しミラー1406a、第２の折り返しミラー1406b、第３の折り返しミラー1406c、第４の折り返しミラー1406d、第５の折り返しミラー1406e、第６の折り返しミラー1406f及び第７の折り返しミラー1406gは、（例えば、レーザ源1402により生成され、第１の光シャッタ1404a及び第２の光シャッタ1404bを通過した）レーザ光を上述した伝搬経路304のような伝搬経路に沿って他のレーザ光学部品（例えば、第１のコリメータ1408a及び第２のコリメータ1408b）を通過させて、光学部品壁1422に形成された光ポート1424に案内するように、光学部品壁1422の一方の側に配置される。このため、伝搬経路304は、光学部品壁1422の一方の側（すなわち、レーザ源1402が位置している光学部品壁1422の第１の側面）から光ポート1424を通って光学部品壁1422の他方の側（例えば、ツールチップ位置決めアセンブリが位置している光学部品壁1422の第２の側面）に延びている。
【０１６１】
第８の折り返しミラー1406h及び第９の折り返しミラー1406iは、光ポート1424を通って比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112に伝搬するレーザ光を案内している。この場合において、第８の折り返しミラー1406hは、第８の折り返しミラー1406hの方向と位置が多軸加工ツール1400の動作中に少なくとも実質的に固定されたままとなるように、支持フレーム1416に（例えば梁1420に）ミラー支持梁1426を介して連結されていてもよい。第９の折り返しミラー1406iは、第９の折り返しミラー1406iの方向と位置が多軸加工ツール1400の動作中に少なくとも実質的に固定されたままとなるように、固定具1409に連結されていてもよい。したがって、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102によってＸ軸に沿って第９の折り返しミラー1406iを移動させることができる。上述したように、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106は、固定具1409を介して比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102に連結されている。したがって、比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112とスキャンヘッド1410は、比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106の作動中に第９の折り返しミラー1406iに対してＺ軸に沿って移動することができる。
【０１６２】
例示的に図示されるように、第８の折り返しミラー1406hは、Ｙ軸に沿って第７の折り返しミラー1406gと揃えられており、第９の折り返しミラー1406iは、Ｘ軸に沿って第８の折り返しミラー1406hと揃えられており、比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112は、Ｚ軸に沿って第９の折り返しミラー1406iと揃えられている。同様に、スキャンヘッド1410は、Ｚ軸に沿って比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112と揃えられている。ツールチップ位置決めアセンブリから高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112が省略された別の実施形態においては、スキャンヘッド1410をＺ軸に沿って第９の折り返しミラー1406iと揃えてもよい。
【０１６３】
レーザ光は、第９の折り返しミラー1406iで反射した後、（必要に応じて比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112を通過して）伝搬経路304に沿って伝搬し、比較的高い帯域幅のＸ軸アクチュエータ108及び比較的高い帯域幅のＹ軸アクチュエータ110によってレーザ光を偏向可能なスキャンヘッド1410に入射する。その後、レーザ光は、ワークピース位置決めアセンブリ201に固定されたワークピースに伝搬する前にスキャンヘッド1410内のスキャンレンズによって集束される。
【０１６４】
図示された実施形態は、光学部品壁1422に光ポート1424を有する多軸加工ツール1400を想定しており、伝搬経路304が光ポート1424を貫通して延び得ることを想定しているが、伝搬経路304が第７の折り返しミラー1406gから第８の折り返しミラー1406hに延びることを可能にするような他の任意の方法により光学部品壁1422を構成してもよいことは理解できよう。例えば、光学部品壁1422は、その縁部から延びるノッチを含んでいてもよく、光ポート1424と一致する領域を取り囲んでいてもよい。
【０１６５】
上述のように構成及び配置されているため、第８の折り返しミラー1406h及び第９の折り返しミラー1406iのような折り返しミラーは、レーザ光をスキャンヘッド1410及び必要に応じて比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112に案内する自由空間ビーム伝搬システムを提供する。第９の折り返しミラー1406iは、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102に取り付けられており、Ｚ軸に沿ってスキャンヘッド1410（及び含んでいる場合には比較的高い帯域幅のＺ軸アクチュエータ112）と揃えられているだけではなく、Ｘ軸に沿って第８の折り返しミラー1406hと揃えられているので、第８の折り返しミラー1406hからスキャンヘッド1410への伝搬経路の長さと構成が、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102及び／又は比較的低い帯域幅のＺ軸アクチュエータ106の動作中に動的に変化し得る。これは、固定ビーム伝搬システムを有する従来のレーザ型多軸加工ツールと比べて利点となり得る。固定ビーム伝搬システムでは、レーザ型多軸加工ツールの動作中にスキャンヘッド1410を静止させる必要があり、そのような従来のレーザ型多軸加工ツールにより加工可能なワークピースのサイズが制限される。上述のように構成されているため、ワークピース位置決めアセンブリ201とツールチップ位置決めアセンブリとを組み合わせて動作させることにより、多軸加工ツール1400は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の最大寸法が1000mm（又は1000mm未満）×1000mm（又は1000mm未満）×750mm（又は500mm未満）である加工容積内のどこにでもツール領域を配置することが可能となる。一実施形態においては、Ｘ軸における加工容量の最大寸法は、750mm、500mm、250mm、200mm、150mmなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値と等しくてもよく、あるいはこれらよりも短くてもよい。一実施形態においては、Ｙ軸における加工容量の最大寸法は、750mm、500mm、250mm、200mm、150mmなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値と等しくてもよく、あるいはこれらよりも短くてもよい。一実施形態においては、Ｚ軸における加工容量の最大寸法は、500mm、250mm、200mm、150mmなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値と等しくてもよく、あるいはこれらよりも短くてもよい。さらに、上述したように構成されていれば、レーザ光は、多軸加工ツール1400の自由空間ビーム伝搬システム内で伝搬経路304に沿って空気中を伝搬することができる。これは、レーザ光をスキャンヘッド1410に伝搬するために光ファイバを用いる従来のレーザ型多軸加工ツールと比べて利点となり得る。
【０１６６】
多軸加工ツール1400は、折り返しミラー、シャッタ及びコリメータのような多くのレーザ光学部品とこれらのレーザ光学部品の配置を含むものとして図示され述べられているが、多軸加工ツール1400は、上述した自由空間ビーム伝搬システムが維持される限り、異なる数のレーザ光学部品、異なる種類のレーザ光学部品及び異なる配置のレーザ光学部品を含んでいてもよいことは理解できよう。
【０１６７】
図示はしないが、多軸加工ツール1400は、レーザ源1402と、第１の光シャッタ1404a及び第２の光シャッタ1404b、第１の折り返しミラー1406a、第２の折り返しミラー1406b、第３の折り返しミラー1406c、第４の折り返しミラー1406d、第５の折り返しミラー1406e、第６の折り返しミラー1406f及び第７の折り返しミラー1406g、及び第１のコリメータ1408a及び第２のコリメータ1408bのようなレーザ光学部品とにより占有される空間を包囲するシュラウド又はハウジングを含んでいてもよい。このシュラウド（「光シュラウド」ともいう）は、システムベース1414に連結されており、多軸加工ツール1400の外面の一部を規定してもよい。光シュラウドは、（例えば、オペレータがもたれかかることにより）光シュラウドが移動して、光学部品壁1422に取り付けられたレーザ光学部品の位置や整列状態に悪影響を与えたり、あるいはワークピース位置決めアセンブリ201に保持されたワークピースが加工される精度に悪影響を与えたりすることを防止するために光学部品壁1422から離間している。
【０１６８】
また、光シュラウドにより包囲された空間は、粒子状物質（例えば、ワークピースのレーザ加工中に生じる蒸気、デブリなど）がレーザ源及びレーザ光学部品の光学表面に堆積することを防止するために加圧されていてもよい。したがって、多軸加工ツール1400は、（例えば、ワークピースのレーザ加工中に生じる蒸気、デブリなどの粒子状物質がレーザ源1402及びレーザ光学部品の光学表面に堆積することを防止するように）光シュラウドにより包囲された空間を加圧するためのポンプ（図示はしないが、光シュラウドにより包囲された空間内に配置され、多軸加工ツール1400の外部の環境と流体的に接続されている）を含んでいてもよい。
【０１６９】
図示されてはいないが、多軸加工ツール1400は、第８の折り返しミラー1406h及び第９の押し返しミラー1406iのようなレーザ光学部品、ツールチップ位置決めアセンブリ及びワークピース位置決めアセンブリにより占有される空間を包囲するシュラウド又はハウジングを含んでいてもよい。このシュラウド（「プロセスシュラウド」ともいう）は、システムベース1414及び光シュラウドに連結されており、多軸加工ツール1400の外面の他の一部を規定していてもよい。プロセスシュラウドは、（例えば、オペレータがもたれかかることにより）プロセスシュラウドが移動して、光学部品壁1422に取り付けられたレーザ光学部品の位置や整列状態に悪影響を与えたり、あるいはワークピース位置決めアセンブリ201に保持されたワークピースが加工される精度に悪影響を与えたりすることを防止するために光学部品壁1422から離間している。一般的には、プロセスシュラウドは、ワークピースのレーザ加工中に生じる粒子状物質がプロセスシュラウドにより包囲された空間から多軸加工ツール1400の外部の環境に出ていくことを防止する（あるいは少なくとも実質的に防止する）ように構成されている。
【０１７０】
IX．熱問題の管理に関する実施形態
図示はされていないが、多軸加工ツール1400は、レーザ源1402がその動作中に過熱してしまうことを防止するように構成されたチラー又は他のデバイスを含んでいてもよい。動作中に、レーザ源1402、ポンプ、チラーなどの構成要素が熱を生じさせる場合がある。場合によっては、発生した熱は、多軸加工ツール1400の光学部品壁1422、支持フレーム1416（例えば、サポート1418及び／又は梁1420）、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102などの構成要素を介してプロセスシュラウドにより包囲された空間内に放散され得る。プロセスシュラウドに包囲された空間内に放散された熱が、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102の熱膨張を引き起こすのに十分であり得ることが発見されている。しかしながら、一般的には、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102の熱膨張は、７°Fと低い周囲温度の変化の結果として引き起こされ得る。
【０１７１】
上述したように、多軸加工ツール1400においては、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102は、Ｘ軸に沿って方向付けられたリニアステージである。リニアステージは、典型的には、（例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金のような材料から形成される）ベッドと、ベッドに取り付けられたトラックレールと、トラックレールに移動可能に取り付けられたキャリッジとを含んでいる。典型的には、リニアステージは、（例えば、複数のネジ、ボルト、ピンなど、又はこれらを任意に組み合わせたものを用いて）ベッドを梁1420に固定することにより梁1420に取り付けられる。リニアステージのベッドは、アルミニウム又はアルミニウム合金のような材料から形成されているため、典型的には花崗岩から形成される梁1420と比べて比較的高い熱膨張係数（CTE）を有している。例えば、梁1420のCTEは約３×10-6/°Fであるのに対して、ベッドのCTEは約12×10-6/°Fである。リニアステージのベッドと梁1420との間のCTEの差により、リニアステージが梁1420に取り付けられている場合には、（例えば、過度の量の熱が比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102に放散されると）ベッドが、撓んだり、反ったり、あるいは変形したりしてしまうことがある。
【０１７２】
比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102の好ましくない変形を最小限にする、あるいは防止するために数々の手法を用いることができる。一実施形態においては、周囲温度が多軸加工ツール1400が組み立てられた環境の温度と等しい（あるいは実質的に等しい）環境において多軸加工ツール1400を動作させる場合がある。他の実施形態においては、多軸加工ツール1400は、（例えば、プロセスシュラウドにより包囲された空間の周囲温度が光シュラウドにより包囲された空間の周囲温度と少なくとも実質的に等しくなるように）プロセスシュラウドにより包囲された空間を加熱するように構成された加熱ユニットを含んでいてもよい。他の実施形態においては、多軸加工ツール1400は、（例えば、光シュラウドにより包囲された空間の周囲温度がプロセスシュラウドにより包囲された空間の周囲温度と少なくとも実質的に等しくなるように）光シュラウドにより包囲された空間を冷却するように構成された冷却ユニットを含んでいてもよい。さらに他の実施形態においては、光学部品壁1422は、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102のCTEと同一又はこれに近いCTEを有する材料（例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金）により構成されていてもよく、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102（又はそのベッド）の慣性モーメントに近い慣性モーメントを有するような寸法（例えば、厚さ、高さ、長さなど）となっていてもよい。光学部品壁1422は、上述のように構成されているため、（例えば、１つには、光学部品壁1422が比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102の反対側の梁1420の側面に連結されていることにより）比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102において生じ得る熱による変形を効果的に相殺することができる。
【０１７３】
他の実施形態においては、光シュラウドにより包囲された空間内の加熱されたガスの一部をプロセスシュラウドにより包囲された空間に移送するダクトシステムを多軸加工ツール1400に設けることにより、比較的低い帯域幅のＸ軸アクチュエータ102の望ましくない撓みや変形を最小限にし、あるいは防止することができる。
【０１７４】
Ｘ．粒子状物質の管理に関する実施形態
上述したように、粒子状物質（例えば、蒸気、デブリなど）は、ワークピースのレーザ加工中に生じることがあり、レーザ光のビームのようなツールを使用したワークピースの加工中に生じることがある。粒子状物質が表面に（例えば、スキャンヘッド1410のようなスキャンヘッドの表面に、第８の折り返しミラー1406h又は第９の折り返しミラー1406iのようなミラーの表面に）堆積してしまう、あるいは、（例えば、多軸加工ツール1400のプロセスシュラウドを通って）多軸加工ツールから出ていってしまうようなことなどを防止する、あるいはそのような粒子状物質を最小限するために、加工ツールが、ワークピース位置決めアセンブリに連結された捕捉ノズルを含んでいてもよい。捕捉ノズルは、真空源と流体的に接続されていてもよく、粒子状物質を受け入れるように構成された流入口を有していてもよい。一実施形態においては、流入口は、加工中にツール領域が生成されるワークピースに近接した位置に位置している。したがって、捕捉ノズルは、ワークピースが最終的に固定されるステージと同一のステージに接続されていてもよい。例えば、ワークピースが（例えば、チャックなどの固定具により）Ｃ軸アクチュエータ116に連結されている場合には、捕捉ノズルの流入口が加工中にワークピースとともに移動できるように、捕捉ノズルをＣ軸アクチュエータ116にも連結してもよい。
【０１７５】
捕捉ノズルに加えて、多軸加工ツールは、捕捉ノズルに対してワークピースの反対側に配置され、例えば、（ガス流噴射ノズルが加工中に捕捉ノズルとワークピースとともに移動できるように）捕捉ノズルが連結されたステージと同一のステージに連結されたガス流噴射ノズルを必要に応じて含んでいてもよい。一般的に、ガス流噴射ノズルは、高圧ガス源に連結されており、加工中に高圧ガスをツール領域に向けるように構成されている。
【０１７６】
XI．結論
上記は、本発明の実施形態を説明したものであって、これに限定するものとして解釈されるものではない。いくつかの特定の実施形態及び例が図面を参照して述べられたが、当業者は、本発明の新規な教示や利点から大きく逸脱することなく、開示された実施形態及び例と他の実施形態に対して多くの改良が可能であることを容易に認識するであろう。したがって、そのような改良はすべて、特許請求の範囲において規定される発明の範囲に含まれることを意図している。例えば、当業者は、そのような組み合わせが互いに排他的になる場合を除いて、いずれかの文や段落、例又は実施形態の主題を他の文や段落、例又は実施形態の一部又は全部の主題と組み合わせることができることを理解するであろう。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲とこれに含まれるべき請求項の均等物とによって決定されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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