CN110573292A - 多轴工具、其控制方法和相关布置 - Google Patents

Abstract

提供基于镭射的工具机及用于控制该工具机的技术的各种实施例。一些实施例是关于用以促进对工件的均一且可再现处理的技术。其他实施例是关于具有可快速改变焦距的变焦透镜。其他实施例是关于基于镭射的多轴工具机的各种特征，该等特征可促进镭射能量至扫描头的有效递送、可解决在工件处理期间可能产生的热机问题，等。另一实施例是关于用于最小化或防止颗粒物质在处理期间在工件表面上的不合需要的聚积。亦详述数个其他实施例及布置。

Description

多轴工具、其控制方法和相关布置

相关申请案的交互参照

本申请案主张2017年5月25日申请的美国临时申请案第62/511,072号及2017年5月5日申请的美国临时申请案第62/502,311号的权益，该些申请案中的每一者以全文引用方式并入本文中。

技术领域

本发明的实施例大体而言是关于用于实现自动运动控制的系统及方法，其中使用一或多个致动器来控制多轴工具机中的工具的位置或移动。

背景技术

运动控制在机器人系统(例如，涉及多关节型机器人组态、笛卡尔坐标型机器人组态、圆柱坐标型机器人组态、极坐标型机器人组态、三角型机器人组态等等或其组合)、数值控制(NC)机器、计算机化NC(CNC)机器等等(本文中一般统称为“工具机”，该等工具机可适于处理工件)中的重要的态样。此等工具机通常包括一或多个控制器、一或多个致动器、一或多个传感器(各自提供为离散装置，或嵌入致动器中)、工具架或工具头，以及各种数据通信子系统、操作员接口等等。取决于所包括致动器的类型及数目，可将工具机提供为具有多个可独立控制的运动轴的“多轴”工具机。

机械加工及其他自动化应用中对较高生产率的持续的市场需要已导致越来越多地使用具有各种类型的致动器、传感器及相关控制器的工具机。在一些情况下，多轴工具机(本文中亦称为“混合多轴工具机”)可具备能够沿着相同方向，但在不同带宽下赋予移动的多个致动器。通常，若第一致动器可响应于具有给定频谱或频率内容的命令信号而赋予移动比第二致动器可响应于相同命令信号而赋予移动更准确，则一个致动器(例如，第一致动器)可表征为具有比另一致动器(例如，第二致动器)更高的带宽。然而，第一致动器可赋予移动的运动范围通常将小于第二致动器可赋予移动的运动范围。

决定应在混合多轴工具机的相对高带宽致动器与相对低带宽致动器之间分配哪些运动分量并非容易的任务。常见策略涉及操作一或多个相对低带宽致动器来使将要处理的工件移动且/或将使一或多个相对高带宽致动器移动至将要在其中处理工件的所要位置或“区”，并且然后当在处理工件期间操作(数个)相对高带宽致动器时，保持(数个)相对低带宽致动器的位置恒定。此后，操作(数个)相对低带宽致动器来使工件及/或(数个)相对高带宽致动器移动至将要在其中处理工件的另一“区”。运动控制的此种“逐个区”方法(亦称为“分步重复”方法)是不合需要的，因为其显著限制混合多轴工具机的产出量及灵活性。亦可能难以适当地或有利地定义可在其中操作(数个)相对高带宽致动器的各种工件“区”。

以全文引用方式并入本文中的美国专利案第8,392,002号被理解为借助处理零件描述程序以将零件描述程序中所定义的工具尖轨迹(基于频率)分解成适合于混合多轴工具机的相对低带宽致动器及相对高带宽致动器的多组不同的位置控制数据，来解决与实施“逐个区”方法相关联的上述问题。然而，并且如美国专利案第8,392,002号中所确认，当混合多轴工具机经配置来使用具有骑在3轴笛卡尔级上的两个旋转轴的5轴CNC机械手来固持工件，并且包括相对高带宽致动器来使工具尖在3个笛卡尔轴中移动时，使用基于频率的分解方法可导致与旋转轴相关联的角度的错误。

发明内容

一个实施例可大致表征为一种用于处理一工件的基于镭射的多轴工具机，其中该工具包括：一镭射源，其经配置来产生镭射光；一支撑框架；一扫描头；一第一致动器，其耦接于该支撑框架与该扫描头之间，其中该第一致动器经布置且经配置来沿着一第一方向相对于该支撑框架平移该扫描头；一第二致动器，其耦接于该第一致动器与该支撑框架之间，其中该第二致动器经布置且经配置来沿着一第二方向相对于该支撑框架平移该扫描头及该第一致动器；以及多个镜，其经布置且经配置来沿着一传播路径将该镭射光自该镭射源导引至该扫描头。该多个镜可包括：一第一镜，其耦接至该支撑框架；以及一第二镜，其耦接至该第二致动器，使得该第二镜可相对于该第一镜沿着该第二方向移动且使得该扫描头可相对于该第二镜沿着该第一方向移动。

另一实施例可大致表征为一种用于处理一工件的基于镭射的工具机，其中该工具包括：一镭射源，其经配置来产生镭射光，该镭射光可沿着一传播路径传播；一扫描透镜，其布置于该传播路径中；一第一致动器，其耦接至该扫描透镜，其中该第一致动器经布置且经配置来沿着一第一方向移动该扫描透镜；以及一变焦透镜，其在该传播路径中布置于该扫描透镜与该镭射源之间。

另一实施例可大致表征为一种用于利用镭射光处理一工件的多轴工具机，其中该工具包括：一镭射源，其经配置来产生该镭射光，该镭射光可沿着一传播路径传播以在一光点处照射该工件；一工件定位总成，其可操作以移动该工件；一工具尖定位总成，其可操作以移动该光点；以及一控制器，其可操作地耦接至该工件定位总成及该工具尖定位总成，其中该控制器可操作以控制选自由该工件定位总成及该工具尖定位总成组成的组中的至少一者的一操作，以引起该工件与该光点之间的以一恒定速度的相对移动。该相对移动可包括绕着一第一轴的同时旋转移动及沿着不同于该第一轴的一第二轴的线性移动。

附图说明

图1为示意性地例示根据一个实施例用于控制多轴工具机的控制系统的方块图。

图2A及图2B示意性地例示根据本发明的一些实施例的工件定位总成。

图3示意性地例示根据本发明的一个实施例的工具尖定位总成。

图4为示意性地例示根据另一实施例用于控制多轴工具机的控制系统的方块图。

图5及图6为示意性地例示根据本发明的一些实施例的预处理级的方块图。

图7及图8示意性地例示根据本发明的一些实施例的与定位总成调整技术相关联的示例性位置及移动。

图9、图10及图11示意性地例示根据本发明的一个实施例的包括变焦透镜的光学布置。

图12为例示使用关于图9、图10及图11所描述而配置的变焦透镜执行的实验的结果的曲线图。

图13及图13B为示意性地例示用于实施错误校正技术的错误校正系统的一些实施例的方块图。

图14为示意性地例示根据一个实施例的混合多轴工具机的透视图。

图15为示意性地例示沿着图14中的线XV-XV'截取的图14中所示的混合多轴工具机的部分侧视平面图。

具体实施方式

本文参考随附图式描述示例性实施例。除非另外明确地说明，否则在图式中，组件、特征、组件等的尺寸、位置等，以及其间的任何距离不一定按比例，而是为清晰起见加以夸示。在图式中，相同编号通篇指代相同组件。因此，可能在参考其他图式时描述相同或类似数字，即使该等数字在对应图式中未提及亦未描述。又，即使未经参考数字指示的组件亦可能参考其他图式加以描述。

本文所使用的术语仅出于描述特定示例性实施例的目的且不意欲限制性的。除非另外定义，否则本文中所使用的所有术语(包括技术及科学术语)具有一般熟习此项技术者通常所理解的相同意义。如本文所使用，除非上下文另外明确指示，否则单数形式“一”及“该”意欲亦包括复数形式。应意识到，本说明书使用术语“包含”来指定所述特征、整数、步骤、操作、组件及/或组件的存在，而并不排除一或多个其他特征、整数、步骤、操作、组件、组件及/或其群组的存在或添加。除非另外指出，否则值的范围在被陈述时包括该范围的上限及下限以及上限与下限之间的任何子范围。除非另外指示，否则诸如“第一”、“第二”等仅用来区分一个组件与另一个组件。例如，一个节点可被称为“第一节点”，并且类似地，另一节点可被称为“第二节点”，或反之亦然。

除非另外指示，否则术语“约”、“大约”等意谓量、尺寸、配方、参数及其他数量及特性并非且不需要确切的，而是可按需要为近似的及/或较大或较小的，从而反映容限、转换因子、舍位、量测错误等等，及熟习此项技术者已知的其他因子。为便于描述，本文可使用诸如“下方”、“之下”、“下部”、“上方”及“上部”等等空间相对术语来描述一个组件或特征与另一组件或特征的关系，如图中所例示。应意识到，空间相对术语意欲涵盖除图中所描绘的定向之外的不同定向。例如，若翻转图中的对象，则被描述为“在其他组件下方”或“在其他组件之下”的组件或特征随后将被定向为“在其他组件或特征上方”。因此，示例性术语“下方”可涵盖上方及下方两种定向。对象可以其他方式定向(例如，旋转90度或在其他定向上)，且可相应地解释本文所使用的空间相对描述符。

本文中所使用的章节标题仅用于组织目的，且除非另外明确地陈述，否则该等章节标题不应被理解为限制所描述的目标。应了解，诸多不同形式、实施例及组合在不背离本揭示案的精神及教示的情况下是可能的，且因此本揭示案不应被视为限于本文所阐明的示例性实施例。实情为，提供此等实例及实施例以使得本揭示案全面及完整的，并且将揭示内容的范畴传达给熟习此项技术者。

I.系统概述

本文中所描述的实施例通常可表征为关于经配置来处理工件的多轴工具机、用于控制此类多轴工具机的方法及相关布置。可根据本文所描述的实施例来控制的多轴工具机的实例包括刳刨机、铣床、电浆切割机、放电加工(EDM)系统、镭射切割机、镭射刻线机、镭射钻孔机、镭射雕刻机、远程镭射焊接机器人、3D打印机、喷水切割机、研磨喷射切割机等等。因此，多轴工具机可表征为经配置来使工件与诸如刳刨机刀头、钻头、工具刀头、磨碎刀头、刀片等的机械结构接触，以对形成工件的一或多种材料进行移除、切割、抛光、粗糙化等。另外或替代地，多轴工具机可表征为经配置来引导能量(例如，呈如下形式：由镭射源产生的镭射光、由火炬产生的热量、由离子源或电子源产生的离子束或电子束等等，或其任何组合)，引导物质(例如，水、空气、砂或其他研磨颗粒、油漆、金属粉末等等或其任何组合)的串流或射流等等或其任何组合，以对形成工件的一或多种材料进行移除、切割、钻孔、抛光、粗糙化、加热、熔化、汽化、削磨、碎裂、标记、变色、发泡、喷涂或涂布、去除涂层、清洁、焊接、刻划、雕刻，或以其他方式修改或改变该或该等材料的一或多个性质或特性(例如，化学组成、晶体结构、电子结构、微结构、纳米结构、密度、黏度、折射率、磁导率、相对电容率、外部或内部视觉外观、纹理、对任何波长的光的透射率、对任何波长的光的反射率，等)。此类材料可在工件处理之前或工件处理期间存在于工件的外表面处，或可在工件处理之前或工件处理期间位于工件内(即，不存在于工件的外表面处)。可由于处理而形成在工件上或工件内的示例性特征可包括一或多个开口、狭槽、通孔或其他孔、凹槽、通道、沟槽、切割道、锯痕、凹入区域、传导迹线、奥姆接点、抗蚀剂图案、人类可察觉或机器可读标志等，或其任何组合。如本文中所使用，人类可察觉或机器可读标志可包括在工件中或工件上的具有不同于工件的邻接或以其他方式邻近于该特征的任何区域的任何对应特性的前述性质或特性中的一或多者的一或多个区域。

无论如何处理工件，用来实现对工件的处理的任何机构(例如，任何前述机械结构、任何所引导能量、所引导物质的串流或射流等等，或其任何组合)在本文中均被称为“工具”。诸如前述机械结构中的任一者的任何工具可在本文中亦称为“接触式工具”，且诸如所引导能量、物质的所引导串流或射流等的任何工具可在本文中亦称为“非接触式工具”。该多轴工具机可包括一或多个工具子系统(例如，各自与诸如上文所论述的不同工具相关联)，该或该等工具子系统可选择性地启动或以其他方式啮合以使用工具处理工件。举例而言，若该工具提供为前述机械结构中的任一者，则多轴工具机可包括用于旋转或以其他方式移动该工具的工具子系统(例如，刳刨机(router)、钻机、碾磨机，等)。若该工具提供为所引导能量，则多轴工具机可包括工具子系统，诸如镭射子系统(例如，若所引导能量为镭射光)、火炬子系统(例如，若所引导能量为热)、EDM子系统或其他电子或离子束源(例如，若所引导能量为电子束、离子束，等)。若工具提供为物质的所引导串流或射流，则多轴工具机可包括工具子系统，诸如喷水切割机、研磨喷射切割机、气枪喷雾器、静电喷雾上漆系统，等。

工具的实体地接触工件或以其他方式与工件互动(例如，经由吸收工件内的热量或电磁辐射、通过将入射电子或离子的动能转换成工件内的热量、借助工件腐蚀等)的部分或数个部分在本文中单独且统称为“工具尖”，并且工件的最终由工具处理(例如，在工具尖处)的任何区域在本文中被称为“加工区域”。在工具为可绕与工件相交的轴(在本文中亦称为“加工轴”)旋转的机械结构(例如，如同刳刨机刀头、钻头等的情况)或工具为沿着与工件相交的轴被引导至工件上的能量或物质的串流或射流的实施例中，加工轴相对于工件表面的部分(加工轴与该部分相交)的角度在本文中被称为“加工角度”。

多轴工具机包括一或多个致动器，用来定位工具尖、定位工件、使工具尖相对于工件移动、使工件相对于工具尖移动，或其任何组合。因此，在赋予工具尖与工件之间的相对移动后，可改变加工区域在工件上或工件内的定位。每一致动器可经布置或以其他方式配置来沿着至少一个线性轴、沿着至少一个旋转轴定位加工区域或以其他方式赋予加工区域与工件之间的相对移动，或其任何组合。如此项技术中已知的，线性轴的实例包括X轴、Y轴(与X轴正交)及Z轴(与X轴及Y轴正交)，且旋转轴的实例包括A轴(亦即，定义绕平行于X轴的轴的旋转)、B轴(亦即，定义绕平行于Y轴的轴的旋转)及C轴(亦即，定义绕平行于Z轴的轴的旋转)。

经布置或配置来沿着线性轴定位加工区域或以其他方式赋予加工区域与工件之间的相对移动的致动器通常可称为“线性致动器”。经布置或配置来沿着旋转轴定位加工区域或以其他方式赋予加工区域与工件之间的相对移动的致动器通常可称为“旋转致动器”。多轴工具机内可包括的线性致动器的实例包括一或多个X轴致动器(亦即，经布置或配置来赋予沿着X轴的运动的致动器)、一或多个Y轴致动器(亦即，经布置或配置来赋予沿着Y轴的运动的致动器)及一或多个Z轴致动器(亦即，经布置或配置来赋予沿着Z轴的运动的致动器)，或其任何组合。多轴工具机内可包括的旋转致动器的实例包括一或多个A轴致动器(亦即，经布置或配置来赋予沿着A轴的运动的致动器)、一或多个B轴致动器(亦即，经布置或配置来赋予沿着B轴的运动的致动器)及一或多个C轴致动器(亦即，经布置或配置来赋予沿着C轴的运动的致动器)，或其任何组合。若致动器经布置或经配置来定位加工区域或以其他方式赋予加工区域与工件之间沿着轴的相对移动，则致动器可表征为与该轴“相关联”。

多轴机可表征为“频谱互补”多轴工具机，或“非频谱互补”多轴工具机。频谱互补多轴工具机包括能够沿着相同轴，但在不同带宽下赋予移动的一或多组冗余致动器。非频谱互补多轴工具机不包括任何一组冗余致动器。

多轴工具机可表征为“轴向互补”多轴工具机，或“非轴向互补”多轴工具机。轴向互补多轴工具机具有一组轴向互补致动器，该等轴向互补致动器包括：至少一个旋转致动器，其经配置来沿着至少一个旋转轴定位工具尖及/或工件或向工具尖及/或工件赋予移动；以及至少一个线性致动器，其经配置来沿着至少一个线性轴定位工具尖及/或工件或向工具尖及/或工件赋予移动。在轴向互补多轴工具机中，工具及/或工件可绕其旋转的至少一个旋转轴不平行于工具及/或工件可沿着其平移的至少一个线性轴。例如，一组轴向互补致动器可包括：旋转致动器，其经配置来赋予沿着B轴的运动；以及至少一个线性致动器，其经配置来赋予沿着X轴、沿着Z轴或沿着X轴及Z轴的运动。在另一实例中，一组轴向互补致动器可包括：旋转致动器，其经配置来赋予沿着B轴的运动；以及至少一个旋转致动器，其经配置来赋予沿着C轴的运动；以及至少一个线性致动器，其经配置来赋予沿着X轴、沿着Z轴或沿着X轴及Z轴的运动。然而，一般而言，一组轴向互补致动器可表征为彼此非冗余的。非轴向互补多轴工具机不包括一组轴向互补致动器。应意识到，频谱互补多轴工具机或非频谱互补多轴工具机可经配置成轴向互补多轴工具机或非轴向互补多轴工具机。

通常，响应于自计算机档案(例如，G码计算机档案)或计算机程序获得或以其他方式导出的致动器命令来驱动多轴工具机的致动器。在自计算机档案或计算机程序导出致动器命令的实施例中，此种致动器命令可由在计算机档案中定义或由计算机程序定义的所要轨迹(或所要轨迹的分量)内插。轨迹可定义一连串工具尖及/或工件位置及/或移动(例如，沿着一或多个空间轴)，诸如线、圆弧、齿条等或其任何组合，该等位置及/或移动描述在由多轴工具机处理工件期间，将如何对加工区域进行定位、定向、移动等。在一些实施例中，致动器命令可对应于一连串工具尖及/或工件位置及/或移动。

通常，不同致动器命令可对应于不同轴向位置或移动，因此，“线性致动器命令”为对应于位置或移动的线性分量的致动器命令，并且“旋转致动器命令”为对应于位置或移动的旋转分量的致动器命令。详言之，“X轴致动器命令”可对应于沿着X轴的位置或移动的线性分量，“Y轴致动器命令”可对应于沿着Y轴(其中Y轴与X轴正交)的位置或移动的线性分量，“Z轴致动器命令”可对应于沿着Z轴(其中Z轴与Y轴正交)的位置或移动的线性分量，“A轴致动器命令”可对应于沿着“A轴”(A轴旋转运动表征绕平行于X轴的轴的旋转)的位置或移动的旋转分量，“B轴致动器命令”可对应于沿着“B轴”(B轴旋转运动表征绕平行于Y轴的轴的旋转)的位置或移动的旋转分量，并且“C轴致动器命令”可对应于沿着“C轴”(C轴旋转运动表征绕平行于Z轴的轴的旋转)的位置或移动的旋转分量。若致动器命令对应于位置或移动沿着一轴的分量，则该致动器命令可表征为与该轴“相关联”。

如本文所使用，术语“致动器命令”指代由振幅所表征的电信号，该振幅随时间而改变并且因此可按此项技术中已知的方式表征为“频率内容”。通常，多轴工具机的致动器将由限制致动器的带宽的一或多个约束(例如，速度约束、加速度约束、急冲度约束等)来表征。如本文所使用，致动器的“带宽”指代致动器准确地或可靠地对具有超出与致动器相关联的临限频率的频率内容的致动器命令(或致动器命令的一部分)作出反应或响应的能力。应意识到，取决于特定致动器的类型、特定致动器的具体构造、特定致动器的质量、附接至特定致动器或可由特定致动器移动的任何对象的质量等等，可改变用于任何特定致动器的临限频率。例如，用于诸如伺服马达、步进马达、液压缸等致动器类型的临限频率可彼此相同或不同(如此项技术中已知的)，但通常小于用于诸如电流计、语音线圈马达、压电致动器、电子束磁性偏转器、磁致伸缩致动器等(如此项技术中已知，该等致动器可彼此相同或不同)致动器类型的临限频率。取决于配置转致动器的方式，旋转致动器可具有小于线性致动器的临限频率的临限频率。

最终，致动器命令被输出至多轴工具机的对应致动器，其中每一致动器可操作来沿着对应于与所接收致动器命令相关联的位置或移动的分量的轴定位或移动工具尖及/或工件。例如，X轴致动器命令最终将被输出至经布置或配置来沿着X轴定位或移动工具尖及/或工件的线性致动器，B轴致动器命令最终将被输出至经布置或配置来沿着B轴定位或移动工具尖及/或工件(亦即，使工具尖及/或工件绕Y轴旋转)的旋转致动器等。若轨迹描述可被分解成两个或两个以上移动分量(例如，在X轴、Y轴、Z轴、A轴、B轴或C轴中的两者或两者以上中的并行运动)的移动，则此类运动分量可表征为彼此“相关联”。对应于由轨迹所描述的相关运动分量的致动器命令同样可表征为彼此“相关联”。当致动器命令以同步化方式或以其他方式协调的方式输出至致动器时，致动器基本上通过以沿着匹配或以其他方式对应于所要轨迹的路径(亦称为“工具路径”)来移动加工区域的方式赋予工具尖与工件之间的相对移动来作出反应或响应。

在以下章节中论述关于某些组致动器命令(亦即，“频谱互补致动器命令”及“轴向互补致动器命令”)的产生及使用的一些一般实施例。虽然两组致动器命令通常经描述为单独地产生及使用，但应意识到，两组致动器命令可以组合方式一起产生及使用。将关于图1至图4更详细地描述两组致动器命令的组合式产生及使用的一些实例。

A.关于通常用于频谱互补多轴工具机的致动器命令的实施例

在多轴工具机为混合多轴工具机的实施例中，可将一组频谱互补致动器命令输出至对应的一组冗余致动器。在一组频谱互补致动器命令内，致动器命令中的一者(例如，第一致动器命令)的频率内容将比致动器命令中的另一者(例如，第二致动器命令)的频率内容更高，并且第一致动器命令最终将被输出至该组冗余致动器中的相对高带宽致动器(例如，能够准确地或可靠地对第一频谱互补致动器命令作出反应或响应)，而第二致动器命令最终将被输出至该组冗余致动器中的相对低带宽致动器(例如，能够比对第一频率命令作出反应或响应更准确地或可靠地对第二频率命令作出反应或响应)。

可以任何适合的方式产生该组频谱互补致动器命令。例如，可通过处理自计算机档案或计算机程序获得或以其他方式导出的致动器命令(例如，描述沿着诸如X轴、Y轴，Z轴、A轴，B轴或C轴等等的单个轴的位置或移动)来产生该组频谱互补致动器命令，如本文所论述。在此情况下，此种致动器命令亦被称为“初步致动器命令”，并且具有跨过初步频率范围的频率内容。初步频率范围可包括在一或多个频率下的不可忽略频率内容，该频率内容超出该组冗余致动器中的至少一个致动器的临限频率。初步致动器命令可经处理来产生一组频谱互补致动器命令。

通常，每一频谱互补致动器命令具有跨过小于初步范围且处于初步范围内的频率子范围的频率内容。具体而言，该组频谱互补致动器命令中的每一致动器命令的频率内容包括在一或多个频率下的不可忽略频率内容，该频率内容不超出该组冗余致动器中的对应致动器的临限频率。例如，在一组频谱互补致动器命令内，频谱互补致动器命令中的一者(例如，最终将被输出至该组冗余致动器中的第一致动器的第一频谱互补致动器命令)的频率内容将跨过第一频率子范围，并且频谱互补致动器命令中的另一者(例如，最终将被输出至该组冗余致动器中的第二致动器的第二频谱互补致动器命令)的频率内容将跨过第二频率子范围。在一个实施例中，第一子范围的平均频率可小于、大于或等于第二子范围的平均频率。第一子范围的限度可大于、小于或等于第二子范围的限度。第一子范围可与第二子范围重迭、毗连或隔开。

在一些实施例中，对初步致动器命令的处理可包括：根据一或多个适合的算法修改初步致动器命令(或自初步致动器命令导出的另一命令)，将一或多个适合的滤波器应用于初步致动器命令(或自初步致动器命令导出的另一命令)；通过整数倍降低取样初步致动器命令(或自初步致动器命令导出的另一命令)，将一或多个低阶内插应用于初步致动器命令(或自初步致动器命令导出的另一命令)等等或其任何组合。适合的滤波器的实例包括数字滤波器、低通滤波器、巴特沃斯滤波器等等或其任何组合。适合的算法的实例包括自动回归移动平均算法等等。在一些实施例中，可如美国专利案第5,751,585号、第6,706,999号及第8,392,002号中的一或多者中所描述来产生该组频谱互补致动器命令，该等专利案中的每一者以全文引用方式并入本文中。然而，应意识到，可根据美国专利案第5,638,267号、第5,988,411号、第9,261,872号中的一或多者中或美国专利申请公开案第2014/0330424号、第2015/0158121号、第2015/0241865号中的一或多者中所描述的技术来产生该组频谱互补致动器命令，该等专利案中的每一者以全文引用方式并入本文中。

虽然该组频谱互补的经处理的致动器命令已被描述为仅包括两个频谱互补致动器命令，但应意识到，该组频谱互补致动器命令可包括任何数目个频谱互补致动器命令(例如，3、4、5、6、7、8等)。一组频谱互补致动器命令中对应于公共轴的频谱互补致动器命令的数目可等于该组冗余致动器中能够沿着该公共轴进行定位或赋予移动的冗余致动器的数目。

B.关于通常用于轴向互补多轴工具机的致动器命令的实施例

有时，将要发布至旋转致动器(例如，B轴致动器)的旋转致动器命令(例如，B轴致动器命令)含有超出旋转致动器的临限频率的不可忽略频率内容。相应地，并且在多轴工具机为轴向互补多轴工具机的实施例中，可将一组轴向互补致动器命令输出至包括旋转致动器的一组轴向互补致动器，以补偿旋转致动器的有限带宽能力。例如，一组轴向互补致动器命令可包括：轴向互补旋转致动器命令，其具有不超出旋转致动器的临限频率的频率内容；以及至少一个轴向互补线性致动器命令。轴向互补旋转致动器命令可被输出至旋转致动器，并且至少一个轴向互补线性致动器命令可被输出至一或多个对应的线性致动器(亦即，与旋转致动器处于同一组轴向互补致动器中)。

可以任何适合的方式产生该组轴向互补致动器命令。例如，可通过处理自计算机档案或计算机程序获得或以其他方式导出的旋转致动器命令(例如，描述沿着诸如B轴的单个旋转轴的位置或移动)来产生该组轴向互补致动器命令，如本文所论述。在此情况下，此种旋转致动器命令亦被称为“旋转致动器命令”，并且具有跨过初步频率范围的频率内容。初步频率范围可包括在一或多个频率下的不可忽略频率内容，该频率内容超出旋转致动器的临限频率。初步旋转致动器命令可经处理来产生一组轴向互补致动器命令，该组轴向互补致动器命令包括至少一个轴向互补旋转致动器命令及至少一个轴向互补线性致动器命令。

在一些实施例中，对初步旋转致动器命令的处理可包括：根据一或多个适合的算法修改初步旋转致动器命令(或自初步旋转致动器命令导出的另一命令)，将一或多个适合的滤波器应用于初步旋转致动器命令(或自初步旋转致动器命令导出的另一命令)；通过整数倍降低取样初步旋转致动器命令(或自初步旋转致动器命令导出的另一命令)，将一或多个低阶内插应用于初步旋转致动器命令(或自初步旋转致动器命令导出的另一命令)等等或其任何组合。适合的滤波器的实例包括数字滤波器、低通滤波器、巴特沃斯滤波器等等或其任何组合。适合的算法的实例包括自动回归移动平均算法等等。

II.控制具有轴向互补致动器及冗余线性致动器的多轴工具机

图1为示意性地例示用于控制多轴工具机的控制系统100的方块图，根据一个实施例，该多轴工具机包括相对低带宽X轴致动器102、相对低带宽Y轴致动器104、相对低带宽Z轴致动器106、相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110、相对高带宽Z轴致动器112、B轴致动器114及C轴致动器116。在101处例示了例示本文所论述的轴之间的空间关系的图例。在一个实施例中，相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110及相对高带宽Z轴致动器112各自具有大于或等于B轴致动器114及C轴致动器116的带宽的带宽。然而，在另一实施例中，相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110及相对高带宽Z轴致动器112中的一或多者可具有小于B轴致动器114及C轴致动器116的带宽的带宽。

相对低带宽X轴致动器102及相对高带宽X轴致动器108分别构成一组冗余致动器(亦即，一组冗余X轴致动器)。同样，分别由每一对相对低带宽Y轴致动器104及相对高带宽Y轴致动器110构成一组冗余致动器(亦即，一组冗余Y轴致动器)，并且分别由相对低带宽Z轴致动器106及相对高带宽Z轴致动器112构成一组冗余致动器(亦即，一组冗余Z轴致动器)。虽然所例示实施例描述具有由仅两个线性致动器构成的一组冗余线性致动器的多轴工具机，但应了解，多轴工具机可进一步配备有一或多个额外的线性致动器，该或该等线性致动器经布置或配置来赋予沿着X轴、Y轴及Z轴中的任一者的移动，以使得任何一组冗余致动器可包括三个或三个以上线性致动器。

在一个实施例中，任何组冗余致动器内的致动器均不附接至同一组冗余致动器中的另一致动器，或由同一组冗余致动器中的另一致动器使其移动。例如，相对高带宽X轴致动器108既不附接至相对低带宽X轴致动器102，也不通过相对低带宽X轴致动器102使其移动。然而，在另一实施例中，一组冗余致动器内的至少一个致动器可附接至同一组冗余致动器中的另一致动器，且通过同一组冗余致动器中的另一致动器使其移动。在此种实施例中，一组冗余致动器中的相对低带宽致动器可移动该组冗余致动器中的相对高带宽致动器，或可借助该组冗余致动器中的相对高带宽致动器使其移动。

在一个实施例中，与该组冗余X轴致动器内的一或多个致动器及/或该组冗余Z轴致动器内的一或多个一起考虑，B轴致动器114构成一组轴向互补致动器。同样，与该组冗余X轴致动器内的一或多个致动器及/或该组冗余Y轴致动器内的一或多个一起考虑，C轴致动器116构成一组轴向互补致动器。另外，与该组冗余X轴致动器内的一或多个致动器、该组冗余Y轴致动器内的一或多个致动器及/或该组冗余Z轴致动器内的一或多个一起考虑，B轴致动器114及C轴致动器116构成一组轴向互补致动器。

在所例示的实施例中，多轴工具机不包括任何A轴致动器。然而，应意识到，多轴工具机可包括A轴致动器，并且本文所论述的实施例可适于控制如本文所论述的A轴致动器。

A.关于工件定位总成的实施例

在一个实施例中，可将相对低带宽X轴致动器102、相对低带宽Y轴致动器104、相对低带宽Z轴致动器106、B轴致动器114及C轴致动器116并入为在本文中称为“工件定位总成”的一种类型的定位总成的部分。该定位总成经配置来同时或不同时沿着X轴、Y轴、Z轴、B轴、C轴或其任何组合定位或以其他方式移动工件。例如，相对低带宽X轴致动器102、相对低带宽Y轴致动器104、相对低带宽Z轴致动器106、B轴致动器114及C轴致动器116中的每一者可包括一或多个组件(例如，级、夹具、卡盘、轨道、轴承、托架、夹钳、系带、螺栓、螺杆、销、挡圈、系结件等，未展示)以准许此类致动器中的一或多者安装至彼此或以其他方式彼此机械耦接。在此情况下，相对低带宽Z轴致动器106可安装于相对低带宽X轴致动器102上(例如，以便可由相对低带宽X轴致动器102移动)，相对低带宽Y轴致动器104可安装于相对低带宽Z轴致动器106上(例如，以便可由相对低带宽Z轴致动器106、相对低带宽X轴致动器102或其任何组合移动)，B轴致动器114可安装于相对低带宽Y轴致动器104上(例如，以便可由相对低带宽Y轴致动器104、相对低带宽Z轴致动器106、相对低带宽X轴致动器102或其任何组合移动)，并且C轴致动器116可安装于B轴致动器114上(例如，以便可由B轴致动器114、相对低带宽Y轴致动器104、相对低带宽Z轴致动器106、相对低带宽X轴致动器102或其任何组合移动)。图2A示意性地例示工件定位总成(例如，工件定位总成200)中的致动器的示例性布置，如以上所论述。然而，在其他实施例中，可以任何其他适合的或合乎需要的方式不同地布置工件定位总成200内的致动器中的一或多者。

亦应意识到，若适合或另外需要，可自工件定位总成省略相对低带宽X轴致动器102、相对低带宽Y轴致动器104、相对低带宽Z轴致动器106、B轴致动器114及C轴致动器116中的一或多者。举例而言，相对低带宽X轴致动器102及相对低带宽Z轴致动器106可自工件定位总成200省略，并且图2B示意性地例示所得工件定位总成(亦即，工件定位总成201)中的致动器的示例性布置。然而，在其他实施例中，工件定位总成201内的致动器中的一或多者可以任何其他合适或合乎需要的方式不同地布置。

鉴于以上情况，应意识到，可将相对低带宽X轴致动器102、相对低带宽Y轴致动器104、相对低带宽Z轴致动器106、B轴致动器114及C轴致动器116中的每一者提供为一或多个级(例如，直接驱动级、导螺杆级、滚珠螺杆级、皮带驱动级等)，该或该等级各自借助于一或多个液压缸、一或多个气压缸、一或多个伺服马达、一或多个语音线圈致动器、一或多个压电致动器、一或多个电致伸缩组件等等或其任何组合来驱动。此外，相对低带宽X轴致动器102、相对低带宽Y轴致动器104、相对低带宽Z轴致动器106、B轴致动器114及C轴致动器116中的任一者可经配置来提供连续或步进(递增)运动。

工件夹具(未展示)可机械耦接至工件定位总成(例如，在相对低带宽C轴致动器116处)，以便以任何适合或所要方式对工件进行固持、保持、携带等。相应地，工件可经由夹具耦接至工件定位总成。可将工件夹具提供为一或多个卡盘或其他夹钳、夹子或其他紧固装置(例如，螺栓、螺杆、销、挡圈、系带、系结件等)，工件可夹紧、固定、固持、紧固或以其他方式支撑至该或该等卡盘或其他夹钳、夹子或其他紧固装置。

B.关于工具尖定位总成的实施例

在一个实施例中，相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110及相对高带宽Z轴致动器112可并入于在本文中称为“工具尖定位总成”的一种类型的定位总成内。该工具尖定位总成经配置来同时或不同时沿着X轴、Y轴、Z轴或其任何组合定位或以其他方式移动与多轴工具机相关联的工具尖。然而，应意识到，若适合或另外需要，可自工具尖定位总成省略相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110及相对高带宽Z轴致动器112中的一或多者。举例而言，相对高带宽Z轴致动器112可自工具尖定位总成省略。通常，工具尖定位总成不包括任何旋转致动器。虽然如此，应意识到，工具尖定位总成可经配置以在需要时包括一或多个旋转致动器(例如，一或多个A轴、B轴或C轴旋转致动器)。

除了包括在工具尖定位总成中的前述相对高带宽致动器(亦即，相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110及相对高带宽Z轴致动器112)之外，工具尖定位总成可进一步包括相对低带宽致动器中的一或多者。举例而言，在一个实施例中，工具尖定位总成包括未并入于工件定位总成内的一或多个相对低带宽致动器。举例而言，在工件定位总成包括相对低带宽Y轴致动器104、B轴致动器114及C轴致动器116(例如，其中B轴致动器114安装在相对低带宽Y轴致动器104上，以便可移动借助于相对低带宽Y轴致动器104移动，且C轴致动器116安装在B轴致动器114上，以便可通过B轴致动器114、相对低带宽Y轴致动器104移动，或其任何组合)的实施例中，工具尖定位总成可包括相对低带宽X轴致动器102及相对低带宽Z轴致动器106(例如，其中相对低带宽Z轴致动器106安装在相对低带宽X轴致动器102上，以便可通过相对低带宽X轴致动器102移动)。在此实施例中，相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110及相对高带宽Z轴致动器112中的一或多者可安装至相对低带宽Z轴致动器106、相对低带宽X轴致动器102或多轴工具机的任何其他组件(可移动或静止)。

一般而言，且取决于用来实现对工件的处理的机构(亦即，将要使用的“工具”)，工具尖定位总成可表征为“串联工具尖定位总成”、“并联工具尖定位总成”或“混合工具尖定位总成”(例如，组合了串联工具尖定位总成及并联工具尖定位总成所特有的特性)。

i.关于串联工具尖定位总成的实施例

在一个实施例中，当将要使用的工具为机械结构(例如，刳刨机刀头、钻头、工具刀头、磨碎刀头、刀片等)时，可采用串联工具尖定位总成。在串联工具尖定位总成内，相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110及相对高带宽Z轴致动器112中的每一者可包括一或多个组件(例如，级、夹具、卡盘、轨道、轴承、托架、夹钳、系带、螺栓、螺杆、销、挡圈、系结件等，未展示)以准许此类致动器中的一或多者安装至彼此或以其他方式彼此机械耦接。在此情况下，相对高带宽Y轴致动器110可安装于相对高带宽X轴致动器108上(例如，以便可由相对高带宽X轴致动器108移动)，并且相对高带宽Z轴致动器112可安装于相对高带宽Y轴致动器110上(例如，以便可由相对高带宽Y轴致动器110、相对高带宽X轴致动器108或其任何组合移动)。然而，在其他实施例中，可以任何其他适合的或合乎需要的方式不同地布置串联工具尖定位总成内的致动器中的一或多者。当将要使用的工具包括机械结构(例如，刳刨机刀头、钻头、工具刀头、磨碎刀头、刀片等)时，通常采用串联工具尖定位总成。当将要使用的工具包括自例如喷嘴、喷头等喷出的物质(例如，水、空气、砂或其他研磨颗粒、油漆、金属粉末等等或其任何组合)的串流或射流时，亦可采用串联工具尖定位总成。

鉴于以上情况，应意识到，可将串联工具尖定位总成中的相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110及相对高带宽Z轴致动器112中的每一者提供为一或多个线性级(例如，直接驱动级、导螺杆级、滚珠螺杆级、皮带驱动级等)，该或该等级各自借助于一或多个液压缸、一或多个气压缸、一或多个伺服马达、一或多个语音线圈致动器、一或多个压电致动器、一或多个电致伸缩组件等等或其任何组合来驱动。此外，串联工具尖定位总成中的相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110及相对高带宽Z轴致动器112中的任一者可经配置来提供连续或步进(递增)运动。

工具夹具(未展示)可机械耦接至串联工具尖定位总成(例如，在相对高带宽Z轴致动器112处)，以便以任何适合或所要方式对机械结构(例如，刳刨机刀头、钻头、工具刀头、磨碎刀头、刀片等)进行固持、保持、携带等。相应地，机械结构可经由工具夹具耦接至串联工具尖定位总成，该工具夹具可提供为一或多个卡盘或其他夹钳、夹持件或其他紧固装置(例如，螺栓、螺杆、销、挡圈、系带、系结件等)。若将要使用的工具包括物质(例如，如此项技术中已知的，由水源、空气源、砂源、颗粒源、油漆源、粉末源等等或其任何组合所提供的水、空气、砂或其他研磨颗粒、油漆、金属粉末等等或其任何组合)的串流或射流，则喷出串流或射流的喷嘴、喷头等可表征为“工具夹具”。

ii.关于并联工具尖定位总成的实施例

在一个实施例中，当将要使用的工具为所引导能量束等时，可采用并联工具尖定位总成。在并联工具尖定位总成内，相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110及相对高带宽Z轴致动器112中的一或多者的本质及组态将取决于将要使用的工具。

例如，若将要使用的工具为电子束或离子束(例如，如此项技术中已知的，由电子源或离子源产生，未展示)，则可将相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110及相对高带宽Z轴致动器112提供为一或多个磁透镜、圆柱透镜、单透镜、四极透镜、多极透镜等等或其任何组合。

在另一实例中，若将要使用的工具为镭射光(例如，如此项技术中已知的，表现为由一或多个镭射源所产生的一系列脉冲、连续或拟连续激光束或其任何组合)，则可将相对高带宽X轴致动器108及相对高带宽Y轴致动器110中的每一者提供为电流计驱动镜系统、快速转向镜系统(例如，由语音线圈马达、压电致动器、电致伸缩致动器、磁致伸缩致动器等致动的镜)、微机电系统(MEMS)镜系统、自适应光学(AO)系统、电光偏转器(EOD)系统、声光偏转器(AOD)系统(例如，经布置及配置来响应于所施加RF信号而沿着诸如X轴或Y轴的轴绕射镭射光)等等或其任何组合。若将工具提供为聚焦激光束(在此情况下，“工具尖”为镭射光的聚焦光束的具有足够高通量来处理工件的区域)，则可将相对高带宽Z轴致动器112提供为：一或多个AOD系统(例如，经布置及配置来响应于一或多个所施加啾频RF信号而沿着诸如X轴及Y轴的两个轴绕射镭射光)；固定焦距透镜，其设置于镭射光传播的路径(亦即，“传播路径”)中且耦接至致动器(例如，语音线圈)，该致动器经配置来使透镜沿着传播路径移动；可变焦距透镜(例如，变焦透镜，或并入当前由COGNEX、VARIOPTIC等提供的技术的所谓“液体透镜”)，其设置于传播路径中；等等或其任何组合。

图3示意性地例示并联工具尖定位总成的一个实施例，该并联工具尖定位总成经配置来定位或以其他方式移动与聚焦激光束相关联的工具尖。参考图3，并联工具尖定位总成300视需要包括扫描透镜302(例如，f-θ透镜、远心透镜、锥透镜等)，该扫描透镜经配置来聚焦沿着传播路径304传播的激光束，该激光束已通过第一电流计驱动镜系统(此处提供为相对高带宽X轴致动器108)及第二电流计驱动镜系统(此处提供为相对高带宽Y轴致动器110)偏转。如所例示，第一电流计驱动镜系统包括耦接至马达308a(例如，经由轴杆)的镜306a，该马达经配置来使镜306a绕Y轴旋转(例如，以便准许激光束沿着X轴偏转)。类似地，第二电流计驱动镜系统包括耦接至马达308b(例如，经由轴杆)的镜306b，该马达经配置来使镜306b绕X轴旋转(例如，以便准许激光束沿着Y轴偏转)。并联工具尖定位总成300亦可包括耦接至致动器(例如，语音线圈，未展示)的透镜来作为相对高带宽Z轴致动器112，该致动器经配置来使透镜在由310处的双箭头所指示的方向上沿着传播路径304移动。

在一些情况下，由相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110及相对高带宽Z轴致动器112中的两者或两者以上所提供的功能可由相同系统提供。例如，诸如快速转向镜系统、MEMS镜系统、AO系统等的系统可经驱动来沿着X轴及Y轴偏转镭射光。诸如MEMS镜系统、AO系统及一对AOD系统(例如，一个AOD系统经布置及配置来沿着X轴绕射镭射光，且另一AOD系统经布置及配置来沿着Y轴绕射镭射光)的系统可经驱动来沿着X轴及Y轴偏转镭射光，并且改变在加工区域处由镭射光照射的光点的尺寸(因此有效地改变在处理期间递送至工件的聚焦激光束腰沿着Z轴的位置)。因此，取决于提供及驱动此类系统的方式，可将此类系统表征为相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110、相对高带宽Z轴致动器112或其任何组合。

iii.关于混合工具尖定位总成的实施例

在一个实施例中，当将要使用的工具为所引导能量束等时，可采用混合工具尖定位总成。例如，当提供为诸如电流计驱动镜系统、快速转向镜系统(例如，由语音线圈马达、压电致动器、电致伸缩致动器、磁致伸缩致动器等致动的镜)、MEMS镜系统、AO系统、EOD系统、AOD系统等的系统时，相对高带宽X轴致动器108及/或相对高带宽Y轴致动器110可安装至或以其他方式机械耦接至相对高带宽Z轴致动器112(例如，以便可由相对高带宽Z轴致动器112移动)。在此实例中，可将相对高带宽Z轴致动器112提供为一或多个级(例如，直接驱动级、导螺杆级、滚珠螺杆级、皮带驱动级等)，该或该等级各自通过一或多个液压缸、一或多个气压缸、一或多个伺服马达、一或多个语音线圈致动器、一或多个压电致动器、一或多个电致伸缩组件等等或其任何组合来驱动。

在另一实例中，在提供为诸如电流计驱动镜系统、快速引导镜系统(例如，借助于语音线圈马达、压电致动器、电致伸缩致动器、磁致伸缩致动器等致动的镜)的系统时，MEMS镜系统、AO系统、EOD系统、AOD系统等、相对高带宽X轴致动器108及/或相对高带宽Y轴致动器110可安装至或以其他方式机械耦接至相对低带宽Z轴致动器106(例如，以便可借助于相对低带宽Z轴致动器106移动)。混合工具尖定位总成可进一步包括相对高带宽Z轴致动器112(例如，如本文相对于并联工具尖定位总成所论述而提供)，该相对高带宽Z轴致动器亦可安装至或以其他方式机械耦接至相对低带宽Z轴致动器106，如在本文中提供的实施例中的任一者中所论述(例如，以便可借助于相对低带宽Z轴致动器106移动)。或者，相对高带宽Z轴致动器112可安装至或以其他方式机械耦接至多轴工具机的任何其他组件(可移动或静止)。除了相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110、相对高带宽Z轴致动器112及相对低带宽Z轴致动器106之外，混合工具尖定位总成可进一步包括相对低带宽X轴致动器102。相对低带宽Z轴致动器106又可安装至或以其他方式机械耦接至相对低带宽X轴致动器102。在此实例中，相对低带宽X轴致动器102及相对低带宽Z轴致动器106中的每一者可提供为一或多个级(例如，直接驱动级、导螺杆级、滚珠螺杆级、皮带驱动级等)，该或该等级各自借助于一或多个液压缸、一或多个气压缸、一或多个伺服马达、一或多个语音线圈致动器、一或多个压电致动器、一或多个电致伸缩组件等等或其任何组合来驱动。

在另一实例中，当提供为诸如MEMS镜系统、AO系统、一对AOD系统等的系统时，相对高带宽Z轴致动器112可安装至或以其他方式机械耦接至相对高带宽X轴致动器108及相对高带宽Y轴致动器110中的一者，该一者又可安装至或以其他方式机械耦接至相对高带宽X轴致动器108及相对高带宽Y轴致动器110中的另一者。在此实例中，可将相对高带宽X轴致动器108及相对高带宽Y轴致动器110中的每一者提供为一或多个级(例如，直接驱动级、导螺杆级、滚珠螺杆级、皮带驱动级等)，该或该等级各自借助于一或多个液压缸、一或多个气压缸、一或多个伺服马达、一或多个语音线圈致动器、一或多个压电致动器、一或多个电致伸缩组件等等或其任何组合来驱动。

C.关于工件及工具尖定位总成的额外批注

虽然为以上情况，应意识到，以上描述为并入于工件定位总成内(例如，以定位及/或移动工件)的相对低带宽致动器中的任一者可另外或替代地并入为工具尖定位总成的部分(例如，以定位及/或移动工具尖)。此外，并且虽然为以上情况，应意识到，在一些实施例中，工件定位总成可提供为业内当前可用的任何5轴工件定位/移动总成，诸如在由GFMACHINING SOLUTIONS MANAGEMENT SA所提供的AGIECHARMILLES镭射产品线、由MICROLUTION INC.所提供的MICROLUTION ML-D、由DMG MORI AKIENGESELLSHAFT/DMG MORICOMPANY LIMITED所提供的LASERTEC产品线中找到的5轴工件定位/移动总成。在一个实施例中，可如前述美国专利案第8,392,002号的图4A至图4C中所描述来提供工件定位总成。

同样，并且虽然为以上情况，应意识到，在一些实施例中，工具尖定位总成可提供为业内当前可用的任何镭射扫描或聚焦总成，诸如在由CAMBRIDGE TECHNOLOGY所提供的3轴扫描系统、由RAYLASE所提供的MINISCAN、SUPERSCAN、AXIALSCAN及FOCUSSHIFER产品线、由KEYENCE CORP.所提供的MD系列3轴混合镭射标记器产品线、由ARGES GmbH所提供的WOMBAT、ANTEATER、ELEPHANT、PRECESSION ELEPHANT及PRECESSION ELEPHANT 2系列扫描头、由DMG MORI AKIENGESELLSHAFT/DMG MORI COMPANY LIMITED所提供的LASERTEC产品线中找到的镭射扫描或聚焦总成。此外，并且虽然为以上情况，应意识到，在一些实施例中，可如美国专利案第8,121,717号或国际专利公开案第WO 2014/009150A1号(该等专利案中的每一者以全文引用方式并入本文中)中的任一者中所描述，或如前述美国专利案第8,392,002号的图5A至图5C中所描述来提供工具尖定位总成。

以上已示例性地描述了多轴工具机的一个实施例的某些组件，现在参考图1更详细地论述由控制系统100实施的用于处理及产生致动器命令来控制多轴工具机的算法。

D.关于致动器命令的处理的实施例

参考图1，控制系统100接收初步致动器命令(例如，自计算机文件或计算机程序获得或以其他方式导出，如本文所论述)。如所示，初步致动器命令包括以下初步线性致动器命令：初步X轴致动器命令(亦即，X_prelim.)、初步Y轴致动器命令(亦即，Y_prelim.)及初步Z轴致动器命令(亦即，Z_prelim.)；以及初步旋转致动器命令：初步B轴致动器命令(亦即，B_prelim.)及初步C轴致动器命令(亦即，C_prelim.)。在一个实施例中，初步致动器命令中的至少一者将具有超出对应相对低带宽致动器的临限频率的不可忽略频率内容。例如，初步X轴致动器命令(亦即，X_prelim.)可具有超出对应相对低带宽X轴致动器102的临限频率的不可忽略频率内容，初步Y轴致动器命令(亦即，Y_prelim.)可具有超出对应相对低带宽Y轴致动器104的临限频率的不可忽略频率内容，初步Z轴致动器命令(亦即，Z_prelim.)可具有超出对应相对低带宽Z轴致动器106的临限频率的不可忽略频率内容，初步B轴致动器命令(亦即，B_prelim.)可具有超出对应相对低带宽B轴致动器114的临限频率的不可忽略频率内容，初步C轴致动器命令(亦即，C_prelim.)可具有超出对应相对低带宽C轴致动器116的临限频率的不可忽略频率内容，或其任何组合。然而，应意识到，任何或所有前述初步致动器命令可具有处于或低于对应相对低带宽致动器的临限频率的不可忽略频率内容。

可处理初步致动器命令来产生第一组中间线性致动器命令。例如，将反向运动变换118应用于初步X轴致动器命令(亦即，X_prelim.)、初步Y轴致动器命令(亦即，Y_prelim.)、初步Z轴致动器命令(亦即，Z_prelim.)、初步B轴致动器命令(亦即，B_prelim.)及初步C轴致动器命令(亦即，C_prelim.)来产生第一组中间线性致动器命令。第一组中间线性致动器命令包括第一中间X轴致动器命令(亦即，X0)、第一中间Y轴致动器命令(亦即，Y0)及第一中间Z轴致动器命令(亦即，Z0)。可根据以下方程序应用反向运动变换118：

如以上方程序中所示，反向运动变换计算在沿着B轴及C轴的固定参考旋转位置处的第一组中间线性致动器命令。在以上给出的实例中，固定参考旋转位置对于B轴及C轴中的每一者为0度，但可为任何其他合适或所要角度。

初步旋转致动器命令(例如，初步B轴致动器命令B_prelim.及初步C轴致动器命令C_prelim.)经受处理级120来产生一或多个经处理的旋转致动器命令。在所例示的实施例中，B_low表示经处理的B轴致动器命令，且C_low表示经处理的C轴致动器命令，两者均在处理级120处产生。在处理级120处，初步旋转致动器命令可经受一或多个过程，该或该等过程例如包括：将一或多个适合的滤波器应用于初步旋转致动器命令，根据一或多个适合的算法修改初步旋转致动器命令，整数倍降低取样初步旋转致动器命令，将一或多个低阶内插应用于初步旋转致动器命令等等或其任何组合。适合的滤波器的实例包括数字滤波器、低通滤波器、巴特沃斯滤波器等等或其任何组合。适合的算法的实例包括自动回归移动平均算法等等。经处理的旋转致动器命令对应于初步旋转致动器命令，但不具有任何(或仅具有可忽略量的)超出对应旋转致动器的临限频率的频率内容。因此，经处理的B轴致动器命令(亦即，B_low)不具有任何(或仅具有可忽略量的)超出相对低带宽B轴致动器114的临限频率的频率内容，经处理的C轴致动器命令(亦即，C_low)不具有任何(或仅具有可忽略量的)超出相对低带宽C轴致动器116的临限频率的频率内容等。如本文所使用，上述经处理的旋转致动器命令中的每一者在本文中亦称为“低频率内容旋转致动器命令”，或更一般而言，称为“低频率内容致动器命令”。

处理第一组中间线性致动器命令及经处理的旋转命令来产生第二组中间线性致动器命令。例如，将正向运动变换122应用于第一中间X轴致动器命令(亦即，X0)、第一中间Y轴致动器命令(亦即，Y0)、第一中间Z轴致动器命令(亦即，Z0)、经处理的B轴致动器命令(亦即，B_low)及经处理的C轴致动器命令(亦即，C_low)，以产生第二组中间线性致动器命令。第二组中间线性致动器命令包括第二中间X轴致动器命令(亦即，X1)、第二中间Y轴致动器命令(亦即，Y1)及第二中间Z轴致动器命令(亦即，Z1)。可根据以下方程序应用正向运动变换：

第二组中间线性致动器命令(例如，第二中间X轴致动器命令X1、第二中间Y轴致动器命令Y1及第二中间Z轴致动器命令Z1)经受处理级124来产生第一组经处理的线性致动器命令。第一组经处理的线性致动器命令可包括低频率内容X轴致动器命令(亦即，X_low)、低频率内容Y轴致动器命令(亦即，Y_low)及低频率内容Z轴致动器命令(亦即，Z_low)。在处理级124处，第二中间线性致动器命令可经受一或多个过程，该或该等过程例如包括：将一或多个适合的滤波器应用于第二中间线性致动器命令，根据一或多个适合的算法修改第二中间线性致动器命令，整数倍降低取样第二中间线性致动器命令，将一或多个低阶内插应用于第二中间线性致动器命令等等或其任何组合。适合的滤波器的实例包括数字滤波器、低通滤波器、巴特沃斯滤波器等等或其任何组合。适合的算法的实例包括自动回归移动平均算法等等。经处理的线性致动器命令对应于初步线性致动器命令，但不具有(或仅具有可忽略量的)超出对应线性致动器的临限频率的任何频率内容。因此，低频率内容X轴致动器命令(亦即，X_low)不具有任何(或仅具有可忽略量的)超出相对低带宽X轴致动器102的临限频率的频率内容，低频率内容Y轴致动器命令(亦即，Y_low)不具有任何(或仅具有可忽略量的)超出相对低带宽Y轴致动器104的临限频率的频率内容，并且低频率内容Z轴致动器命令(亦即，Z_low)不具有任何(或仅具有可忽略量的)超出相对低带宽Z轴致动器106的临限频率的频率内容。

自第二组中间线性致动器命令中的对应致动器命令减去低频率内容线性致动器命令(例如，X_low、Y_low及Z_low)来产生第二组经处理的线性致动器命令。第二组经处理的线性致动器命令可包括高频率内容X轴致动器命令(亦即，X_high)、高频率内容Y轴致动器命令(亦即，Y_high)及高频率内容Z轴致动器命令(亦即，Z_high)。例如，可自第二中间X轴致动器命令(亦即，X1)减去低频率内容X轴致动器命令(亦即，X_low)来产生高频率内容X轴致动器命令(亦即X_high)，可自第二中间Y轴致动器命令(亦即，Y1)减去低频率内容Y轴致动器命令(亦即，Y_low)来产生高频率内容Y轴致动器命令(亦即Y_high)，并且可自第二中间Z轴致动器命令(亦即，Z1)减去低频率内容Z轴致动器命令(亦即，Z_low)来产生高频率内容Z轴致动器命令(亦即Z_high)。以上所论述的减法可在求和器126处实施，该求和器可以此技术中已知的任何适合或所要方式实施。通常，高频率内容X轴致动器命令(亦即，X_high)的频率内容超出相对低带宽X轴致动器102的临限频率，但处于或低于相对高带宽X轴致动器108的临限频率。同样，高频率内容Y轴致动器命令(亦即，Y_high)的频率内容超出相对低带宽Y轴致动器104的临限频率，但处于或低于相对高带宽Y轴致动器110的临限频率；并且高频率内容Z轴致动器命令(亦即，Z_high)的频率内容超出相对低带宽Z轴致动器106的临限频率，但处于或低于相对高带宽Z轴致动器112的临限频率。

最终，并且如所示，将低频率内容X轴致动器命令(亦即，X_low)、低频率内容Y轴致动器命令(亦即，Y_low)、低频率内容Z轴致动器命令(亦即，Z_low)、高频率内容X轴致动器命令(亦即，X_high)、高频率内容Y轴致动器命令(亦即，Y_high)、高频率内容Z轴致动器命令(亦即，Z_high)、低频率内容B轴致动器命令(亦即，B_low)及低频率内容C轴致动器命令(亦即，C_low)分别输出至相对低带宽X轴致动器102、相对低带宽Y轴致动器104、相对低带宽Z轴致动器106、相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110、相对高带宽Z轴致动器112、B轴致动器114及C轴致动器116。

虽然未例示，但控制系统100可包括一或多个延迟缓冲器，用来补偿由低频率内容X轴致动器命令(亦即，X_low)、低频率内容Y轴致动器命令(亦即，Y_low)、低频率内容Z轴致动器命令(亦即，Z_low)、高频率内容X轴致动器命令(亦即，X_high)、高频率内容Y轴致动器命令(亦即，Y_high)、高频率内容Z轴致动器命令(亦即，Z_high)、低频率内容B轴致动器命令(亦即，B_low)及低频率内容C轴致动器命令(亦即，C_low)的产生及/或此等致动器命令中的任一者至其相应致动器的输出所引起的任何处理或传输延迟，以使得可以同步化方式或以其他方式协调的方式输出该等致动器命令。在以同步化方式或以其他方式协调的方式输出致动器命令后，致动器基本上以类似同步化方式或以其他方式协调的方式作出反应或响应，以便以沿着工具路径来移动加工区域的方式赋予工具尖与工件之间的相对移动。

一般而言，控制系统100可由一或多个控制器实施，该或该等控制器可通信地耦接(例如，经由一或多个有线或无线通信链路，诸如USB、RS-232、以太网络、Firewire、Wi-Fi、RFID、NFC、蓝芽、Li-Fi、SERCOS、MARCO、EtherCAT等等或其任何组合)至多轴工具机的一或多个组件(例如，前述致动器中的一或多者、控制或以其他方式影响工具的操作的一或多个组件等等或其任何组合)。一般而言，控制器可表征为包括一或多个处理器，该或该等处理器经配置来在执行指令后处理及产生前述致动器命令。处理器可提供为经配置来执行指令的可程序化处理器(例如，包括一或多个通用计算机处理器、微处理器、数字信号处理器等等或其任何组合)。可由(数个)处理器执行的指令可实施于软件、韧体等中，或实施于任何适合形式的电路中，该电路包括可程序化逻辑设备(PLD)、现场可程序化门阵列(FPGA)、现场可程序化对象数组(FPOA)、特殊应用集成电路(ASIC)(包括数字电路、模拟电路及混合模拟/数字电路)等等或其任何组合。指令的执行可在一个处理器上进行，分散在处理器之间，跨装置内的处理器或跨装置的网络并行地进行等等或其任何组合。在一个实施例中，控制器包括诸如计算机内存的有形媒体，该计算机内存可由处理器存取(例如，经由一或多个有线或无线通信链路)。如本文所使用，“计算机内存”包括磁性媒体(例如，磁带、硬盘机等)、光盘、依电性或非依电性半导体内存(例如，RAM、ROM、NAND型闪存、NOR型闪存、SONOS内存等)等，且可在本地存取、在远程访问(例如，跨网络)或其组合。一般而言，指令可储存为计算机软件(例如，可执行程序代码、档案、指令等，链接库档案等)，该等计算机软件可由技术人员根据本文所提供的描述容易地编写，例如，用C、C++、Visual Basic，Java、Python、Tel、Perl，Scheme、Ruby等撰写。计算机软件通常储存于由计算机内存传达的一或多个数据结构中。

虽然未展示，但一或多个驱动器(例如，RF驱动器、伺服驱动器、线驱动器、电源等)可通信地耦接至前述致动器中的一或多者、控制或以其他方式影响工具的操作的一或多个组件等等或其任何组合的输入端。每一驱动器通常包括输入端，控制器可通信地耦接至该输入端。因此，控制器可操作来产生一或多个控制信号(例如，致动器命令、工具控制命令等)，该等控制信号可传输至与多轴工具机的一或多个组件相关联的一或多个驱动器的(数个)输入端。接收控制信号后，驱动器通常使电流供应至其所耦接至的组件(例如、致动器、工具等)，以便操作该组件且产生对应于命令信号的效果。因此，诸如前述致动器、工具等的组件响应于由控制器产生及输出的命令信号(例如，致动器命令、工具控制命令等)。

鉴于以上情况，应了解，控制系统100可用来连续地提供多轴工具机的相对低带宽致动器(例如，具有相对大的运动范围)及相对高带宽致动器(例如，具有相对小的运动范围)的同步化且协调的操作，来相对于工件定位或以其他方式移动加工区域(例如以准确且可靠地对应于所要轨迹的方式)。虽然控制系统100可相对于工件准确地定位加工区域(例如，根据所要轨迹)，但在工件处理期间的任何点处最终表现出的加工角度有可能偏离参考加工角度。一般而言，参考加工角度通常为0度，如自与工件的与加工轴相交的表面部分正交的线所量测，但可为任何其他角度(例如，由轨迹明确地或隐含地指定或以其他方式要求)。一般而言，若高频率内容线性致动器命令具有超出旋转致动器的临限频率的频率内容，该旋转致动器并非一组冗余旋转致动器的部分，则加工角度的偏差出现。取决于加工区域相对于工件移动(或将移动)的速度，加工角度的偏差可大于15度，并且甚至大于或等于50度。然而，可在工件处理期间预先计算(例如，基于多轴工具机中的致动器的特性、基于所要轨迹等)并且补偿(完全地或部分地)此类加工角度偏差(例如，通过调整加工区域相对于工件移动的速度、通过调整处理级120及124中的一或多者处的处理等等，或其任何组合)。由于补偿及优化，自参考加工角度(以度量测)实际获得的加工角度的偏差的量值可减小至10度以下(例如，小于或等于8度、6度、5度、4度、2度、1度、0.5度等，或介于此等值中的任一者之间)。

III.控制具有轴向互补致动器及冗余旋转致动器的多轴工具机

图4为示意性地例示用于控制多轴工具机的控制系统400的方块图，根据一个实施例，该多轴工具机包括致动器，诸如以上关于图1至图3示例性地论述的致动器。然而，在当前实施例中，多轴工具机可另外包括B轴致动器402、C轴致动器404或B轴致动器402及C轴致动器404。B轴致动器402的临限频率高于B轴致动器114的临限频率。相应地，B轴致动器114在本文中亦可称为“相对低带宽B轴致动器”，且B轴致动器402在本文中亦可称为“相对高带宽B轴致动器”。同样，C轴致动器404的临限频率高于C轴致动器116的临限频率。相应地，C轴致动器116在本文中亦可称为“相对低带宽C轴致动器”，且C轴致动器404在本文中亦可称为“相对高带宽B轴致动器”。

相对低带宽B轴致动器114及相对高带宽B轴致动器402分别构成一组冗余致动器(亦即，一组冗余B轴致动器)。同样，分别由每一对相对低带宽C轴致动器116及相对高带宽C轴致动器404构成一组冗余致动器(亦即，一组冗余C轴致动器)。虽然所例示实施例描述具有由仅两个旋转致动器构成的一组冗余致动器的多轴工具机，但应了解，多轴工具机可进一步配备有一或多个额外的旋转致动器，该或该等旋转致动器经布置或配置来赋予沿着B轴或C轴中的任一者的移动，以使得任何一组冗余致动器可包括三个或三个以上旋转致动器。

在一个实施例中，与该组冗余X轴致动器内的一或多个致动器及/或该组冗余Z轴致动器内的一或多个一起考虑，相对高带宽B轴致动器402构成一组轴向互补致动器。在另一实施例中，与该组冗余X轴致动器内的一或多个致动器及/或该组冗余Y轴致动器内的一或多个一起考虑，相对高带宽C轴致动器404构成一组轴向互补致动器。在又一个实施例中，与该组冗余X轴致动器内的一或多个致动器、该组冗余Y轴致动器内的一或多个致动器及/或该组冗余Z轴致动器内的一或多个一起考虑，相对高带宽B轴致动器402及相对高带宽C轴致动器404分别构成一组轴向互补致动器。

A.关于工具尖定位总成的实施例

在一个实施例中，相对高带宽B轴致动器402及相对高带宽C轴致动器404中的一或两者可并入于工具尖定位总成内，如以上示例性地描述，以使得所得工具尖定位总成可经配置来同时或不同时沿着除X轴、Y轴，Z轴或其任何组合之外的B轴及/或C轴定位或以其他方式移动与多轴工具机相关联的工具尖。然而，应意识到，若适合或另外需要，可自工具尖定位总成省略相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110、相对高带宽Z轴致动器112、相对高带宽B轴致动器402及相对高带宽C轴致动器404中的一或多者。如以上所提及，包括相对高带宽B轴致动器402及相对高带宽C轴致动器404中的一或两者的工具尖定位总成可表征为“串联工具尖定位总成”、“并联工具尖定位总成”或“混合工具尖定位总成”(例如，组合了串联工具尖定位总成及并联工具尖定位总成所特有的特性)。

i.关于串联工具尖定位总成的实施例

在串联工具尖定位总成(例如，如以上所描述)内，相对高带宽B轴致动器402及相对高带宽C轴致动器404中的任一者可包括一或多个组件(例如，级、夹具、卡盘、轨道、轴承、托架、夹钳、系带、螺栓、螺杆、销、挡圈、系结件等，未展示)，以准许相对高带宽B轴致动器402及相对高带宽C轴致动器404安装至彼此或以其他方式机械耦接，或者安装或以其他方式机械耦接至串联工具尖内所包括的前述致动器中的任一者。

串联工具尖定位总成中的相对高带宽B轴致动器402及相对高带宽C轴致动器404中的每一者可提供为一或多个旋转级(例如，直接驱动级、导螺杆级、滚珠螺杆级、皮带驱动级等)，该或该等旋转级各自借助于一或多个液压缸、一或多个气压缸、一或多个伺服马达、一或多个语音线圈致动器、一或多个压电致动器、一或多个电致伸缩组件等等或其任何组合来驱动。此外，串联工具尖定位总成中的相对高带宽B轴致动器402及相对高带宽C轴致动器404中的任一者可经配置来提供连续或步进(递增)运动。

工具夹具(未展示)可在相对高带宽Z轴致动器112(如以上所论述)处、相对高带宽B轴致动器402处或相对高带宽C轴致动器404处机械耦接至串联工具尖定位总成，以便以任何适合或所要方式对机械结构(例如，刳刨机刀头、钻头、工具刀头、磨碎刀头、刀片等)或喷出物质的串流或射流的其他结构(例如，喷嘴、喷头等)进行固持、保持、携带等。

ii.关于并联工具尖定位总成的实施例

在一个实施例中，除如以上示例性地描述的相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110及相对高带宽Z轴致动器112中的一或多者之外，并联工具尖定位总成包括相对高带宽C轴致动器404。在此情况下，相对高带宽C轴致动器404的组态将取决于将要使用的工具。以下所论述的示例性实施例是关于将要使用的工具包括镭射光(例如，表现为由如此项技术中已知的一或多个镭射源所产生的一系列脉冲、连续或拟连续激光束或其任何组合)的实例。

当将要使用的工具为镭射光时，可引导镭射光(例如，沿着前述传播路径)来在加工区域处或加工区域附近照射工件的一部分。当在工件的表面上观察时，或当在与传播路径的在加工区域处与工件相交的部分正交的平面中观察时，所照射部分(亦称为“光点”)处的镭射光的空间强度分布可表征为具有圆形形状或非圆形形状。非圆形形状的实例包括椭圆形形状、三角形形状、正方形形状、矩形形状、不规则形状等。圆形或非圆形光点形状可以此技术中已知的任何适合方式使用一或多个光束修剪孔、绕射光学组件、AOD系统、棱镜、透镜等(其可包括为多轴工具机的一部分且设置于传播路径内)来产生，或可由于激光束在加工区域处照射工件的表面而产生，该表面为非平面的或不与传播路径的在加工区域处与工件相交的部分正交，或其任何组合。

鉴于以上情况，相对高带宽C轴致动器404可在任何适合或所要位置处设置于传播路径中，该位置为并联工具尖定位总成(例如，并联工具尖定位总成300)中的相对高带宽X轴致动器108或相对高带宽Y轴致动器110中的任一者的光学“上游”或光学“下游”。在一个实施例中，相对高带宽C轴致动器404可提供为微机电系统(MEMS)镜系统、自适应光学(AO)系统或其任何组合，且经配置来以有效地改变入射激光束的空间强度分布的定向的方式来改变空间强度分布相对于传播路径的形状。在另一实施例中，相对高带宽C轴致动器404可提供为一或多个棱镜，该或该等棱镜可由致动器旋转(例如，绕传播路径延伸所沿着的轴)或以其他方式移动，以改变空间能量分布相对于传播路径的定向。在一个实施例中，可如美国专利案第6,362,454号中所描述来提供相对高带宽C轴致动器404，该专利案以引用方式并入本文中。在又一实施例中，相对高带宽C轴致动器404可提供为一或多个AOD系统(例如，经布置及配置来响应于一或多个所施加啾频RF信号沿着诸如X轴及Y轴的两个轴绕射镭射光)。

在一些情况下，由相对高带宽C轴致动器404及相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110及相对高带宽Z轴致动器112中的一或多者所提供的功能可由相同系统提供。例如，诸如MEMS镜系统、AO系统及一对AOD系统(例如，一个AOD系统经布置及配置来沿着X轴绕射镭射光，且另一AOD系统经布置及配置来沿着Y轴绕射镭射光)的系统可经驱动来沿着X轴及Y轴偏转镭射光，改变在加工区域处由镭射光照射的光点的尺寸(因此有效地改变在处理期间沿着Z轴递送至工件的聚焦激光束腰的定位)，并且改变在处理期间递送至工件的聚焦激光束腰沿着Z轴的位置)。因此，取决于提供及驱动此类系统的方式，可将此类系统表征为相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110、相对高带宽Z轴致动器112、相对高带宽C轴致动器404或其任何组合。

iii.关于混合工具尖定位总成的实施例

在一个实施例中，除如以上结合串联工具尖定位总成示例性地描述的相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110、相对高带宽Z轴致动器112及相对高带宽C轴致动器404中的一或多者之外，混合工具尖定位总成包括相对高带宽B轴致动器402。在此情况下，相对高带宽B轴致动器402附接至前述致动器中的一或多者且可由前述致动器中的一或多者移动，以便可同时或不同时沿着X轴、Y轴、Z轴、C轴或其任何组合移动。应了解，相对高带宽B轴致动器402的组态将取决于将要使用的工具。以下所论述的示例性实施例是关于将要使用的工具包括镭射光(例如，表现为由如此项技术中已知的一或多个镭射源所产生的一系列脉冲、连续或拟连续激光束或其任何组合)的实例。当将要使用的工具为镭射光时，可引导镭射光(例如，沿着前述传播路径)来在加工区域处或加工区域附近照射工件的一部分。

B.关于工具尖定位总成的额外批注

虽然为以上情况，应意识到，以上描述为并入于工件定位总成内(例如，以定位及/或移动工件)的相对低带宽致动器中的任一者可另外或替代地并入为工具尖定位总成的部分(例如，以定位及/或移动工具尖)，该工具尖定位总成包括相对高带宽B轴致动器402或相对高带宽C轴致动器404。此外，并且虽然为以上情况，应意识到，在一些实施例中，工具尖定位总成可提供为业内当前可用的任何镭射扫描或聚焦总成，诸如在由ARGES GmbH所提供的PRECESSION ELEPHANT及PRECESSION ELEPHANT 2系列扫描头中找到的镭射扫描或聚焦总成。此外，并且虽然为以上情况，应意识到，在一些实施例中，可如国际专利公开案第WO2014/009150A1号中所描述来工具尖定位总成，该专利案以全文引用方式并入本文中。

C.关于致动器命令的处理的实施例

一般而言，控制系统400可通过如关于控制系统100示例性地描述的一或多个控制器来实施，并且除经引入来考虑相对高带宽B轴致动器402、相对高带宽C轴致动器404或其组合的存在的一些额外过程之外，控制系统400的操作与以上关于图1所论述的控制系统100的操作相同。现将在以下描述此等额外的过程及操作。

自初步旋转致动器命令(例如，初步B轴致动器命令B_prelim.及初步C轴致动器命令C_prelim.)中的对应致动器命令减去低频率内容旋转致动器命令(例如，B_low及C_low)来产生一或多个经进一步处理的旋转致动器命令。例如，可自初步B轴致动器命令(亦即，B_prelim.)减去低频率内容B轴致动器命令(亦即，B_low)来产生作为经进一步处理的旋转致动器命令的高频率内容B轴致动器命令(亦即，B_high)。类似地，可自初步C轴致动器命令(亦即，C_prelim.)减去低频率内容C轴致动器命令(亦即，C_low)来产生作为经进一步处理的旋转致动器命令的高频率内容C轴致动器命令(亦即，C_high)。以上所论述的减法可在求和器406处实施，该求和器可以此技术中已知的任何适合或所要方式实施。通常，高频率内容B轴致动器命令(亦即，B_high)的频率内容超出相对低带宽B轴致动器114的临限频率，但处于或低于相对高带宽B轴致动器402的临限频率。同样，高频率内容C轴致动器命令(亦即，C_high)的频率内容超出相对低带宽C轴致动器116的临限频率，但处于或低于相对高带宽C轴致动器404的临限频率。

最终，并且如所示，高频率内容B轴致动器命令(亦即，B_high)、高频率内容C轴致动器命令(亦即，C_high)或其任何组合被输出至相对高带宽B轴致动器402及相对高带宽C轴致动器404中的相应一者。虽然未例示，但控制系统400可包括一或多个延迟缓冲器，用来补偿由高频率内容B轴致动器命令(亦即，B_high)、高频率内容C轴致动器命令(亦即，C_high)的产生及/或此等致动器命令中的任一者至其相应致动器的输出所引起的任何处理或传输延迟，以使得可以同步化方式或以其他方式协调的方式输出所例示致动器命令。在以同步化方式或以其他方式协调的方式输出致动器命令后，致动器基本上以类似同步化方式或以其他方式协调的方式作出反应或响应，以便以沿着工具路径来移动加工区域的方式赋予工具尖与工件之间的相对移动。

IV.关于特征质量的额外考虑因素

在使用前述非接触式工具中任一者处理工件时，常常需要引导能量或物质的串流或射流，使得所引导能量或物质均匀(或至少在某种程度上或基本均匀)施加至工件。此有助于确保形成于工件内或工件上的特征具有可再现及/或均一特性(例如，在以下方面：宽度、深度、颜色、化学组成、晶体结构、电子结构、微观结构、纳米结构、密度、黏度、折射率、磁导率、相对电容率、外部或内部视觉外观，等)。

在一些实施例中，可通过确保所引导能量(例如，在加工区域处)的瞬时功率、物质串流或射流(例如，在加工区域处)的压力或速度、加工区域的尺寸、加工区域沿着工具路径移动的速度(在本文中亦称为“工具速度”)等等或其任何组合全部在可接受限制内来达成前述目标，该等各者可基于计算机模型化、实验等等或其任何组合预先判定。如本文中所使用，诸如所引导能量的瞬时功率或物质串流或射流的压力或速度的参数亦统称为“工具功率”。

在一个实施例中，可通过实施“恒定比率”技术来达成前述目标，该技术涉及在工具速度改变时(或在工具速度改变预定量时)改变工具功率，使得在加工区域沿着工具路径移动时，工具功率与工具速度的比率保持恒定(或至少基本恒定)。实施恒定比率技术可帮助确保在加工区域沿着工具路径移动时，加工区域的尺寸保持恒定(或加工区域的尺寸不会不当地偏离所要尺寸)。

在另一实施例中，可通过实施“恒定速度”技术来达成前述目标，该技术涉及在加工区域沿着工具路径移动时维持恒定(或至少基本恒定)的工具功率及工具速度。恒定速度技术可通过处理自计算机档案(例如，G码计算机档案)或计算机程序获得或以其他方式导出的一或多个致动器命令(各自在本文中亦称为“原始致动器命令”)，随后将此类致动器命令输入至(例如，诸如控制系统100或400的控制系统的)反向运动变换级118及处理级120作为一或多个对应初步致动器命令来加以实施。因此并且参考图5，一或多个原始致动器命令可经受预处理级(在本文中亦称为“速度处理”级500)，以产生一组经修改的初步致动器命令(亦即，初步致动器命令X_prelim.'、Y_prelim.'、Z_prelim.'、B_prelim.'及C_prelim.')。

如图5中所示，原始致动器命令包括以下原始线性致动器命令：原始X轴致动器命令(亦即，X_raw)、原始Y轴致动器命令(亦即，Y_raw)及原始Z轴致动器命令(亦即，Z_raw)；以及原始旋转致动器命令：原始B轴致动器命令(亦即，B_raw)及原始C轴致动器命令(亦即，C_raw)。出于论述的目的，基于与原始致动器命令相关联的工具路径仅含有线段的假设来执行速度处理级500处的处理，并且应意识到，工具路径的任何弯曲部分可接近于许多短线段。同样，应意识到，除了线段之外或代替线段，与原始致动器命令相关联的工具路径可含有弯曲线。

共同地，原始致动器命令对于匹配或以其他方式对应于所要轨迹的工具路径的一或多个段(各自亦称为“原始工具路径段”或更一般而言，“工具路径段”)指定沿着X轴、Y轴、Z轴、B轴及C轴的一连串工具尖及/或工件位置。因此，工具尖或工件位置可表征为n元组，其中n对应于多轴工具机能够赋予移动所沿着的轴的数目。若多轴工具机能够沿着X轴、Y轴、Z轴、B轴及C轴或其任何组合赋予相对移动，则工具尖或工件位置可因此表征为5元组(x_j,y_j,z_j,b_j,c_j)，其中“x”对应于沿着X轴的位置，“y”对应于沿着Y轴的位置，“z”对应于沿着Z轴的位置，“b”对应于沿着B轴的位置，并且“c”对应于沿着C轴的位置。另外，下标“j”为识别工具尖/工件位置在该连串工具尖/工件位置中的定位的整数。举例而言，(x₁,y₁,z₁,b₁,c₁)可表征一连串j个工具尖/工件位置中的第一工具尖/工件位置，(x₂,y₂,z₂,b₂,c₂)可表征该连串j个工具尖/工件位置中的第二工具尖/工件位置，(x₃,y₃,z₃,b₃,c₃)可表征该连串j个工具尖/工件位置中的第三工具尖/工件位置，等。将了解，j可为大于1(例如，大于或等于2、5、10、50、100、500、1000、2500、5000、10000等，或介于此等值中的任一者之间)的任何整数。由原始致动器命令指定的该连串j个工具尖/工件位置中的任何工具尖或工件位置亦可在本文中大体称为“原始”位置。

在速度处理级500处，解译或以其他方式处理该等原始致动器命令以识别每一原始工具路径段的开始位置及结束位置。在一个实施例中，该连串j个工具尖/工件位置中的任何两个依序原始位置可被视为一对开始及结束位置。在此情况下，该对依序位置中的第一位置将被视为原始“开始位置”，并且该对依序位置中的第二位置将被视为原始“结束位置”。举例而言，前述第一原始工具尖/工件位置(x₁,y₁,z₁,b₁,c₁)可对应于与原始致动器命令相关联的第一原始工具路径段的原始开始位置，且前述第二原始工具尖/工件位置(x₂,y₂,z₂,b₂,c₂)可对应于第一原始工具路径段的原始结束位置。同样，前述第二原始工具尖/工件位置(x₂,y₂,z₂,b₂,c₂)可对应于与原始致动器命令相关联的第二原始工具路径段的原始开始位置，并且前述第三原始工具尖/工件位置(x₃,y₃,z₃,b₃,c₃)可对应于第二原始工具路径段的原始结束位置。

用于每一原始工具路径段的每一原始开始及结束位置的坐标系统变换成参考系。在一个实施例中，选择参考系，使得沿着B轴及C轴的位置B设定为零，以使得每一原始位置可由对应3元组(x_j,y_j,z_j)表征。因此，原始开始位置的x、y、z、b及c坐标可根据以下方程序变换成参考系：

其中x_start_raw、y_start_raw、z_start_raw、b_start_raw及c_start_raw分别为通用原始开始位置的x、y、z、b及c坐标，并且x_start_ref、y_start_ref及z_start_ref分别为已变换成参考系的通用原始开始位置(亦即，参考开始位置)的x、y及z坐标。同样，原始结束位置的x、y、z、b及c坐标可根据以下方程序变换成参考系：

其中x_end_raw、y_end_raw、z_end_raw、b_start_raw及c_start_raw分别为通用原始结束位置的x、y、z、b及c坐标，并且x_end_ref、y_end_ref及z_end_ref分别为已变换成参考系的通用原始结束位置(亦即，参考结束位置)的x、y及z坐标。

在将一对原始开始及结束位置变换成一对对应参考开始及结束位置之后，判定每一对参考开始及结束位置内赋予工具尖与工件之间自参考开始位置至参考结束位置的相对移动所需的伺服循环的数目n。在一个实施例中，根据以下方程序判定伺服循环的数目n：

其中T表示伺服循环的持续时间(通常以秒、毫秒或微秒量测)，并且t表示赋予工具尖与工件之间自原始工具路径段的参考开始位置至参考结束位置的相对移动所需的时间(亦即，“段时间”)。一般而言，伺服循环持续时间T小于1毫秒。在一些实施例中，T小于或等于750μs、小于或等于500μs、小于或等于250μs、小于或等于100μs、小于或等于75μs、小于或等于50μs、小于或等于25μs、小于或等于10μs、小于或等于5μs，等，或介于此等值中的任一者之间。应意识到，针对任何原始工具路径段所计算的伺服循环的数目n可与针对任何其他原始工具路径段所计算的伺服循环的数目n相同或不同。

在一个实施例中，根据以下方程序判定段时间t：

t＝d/V，

其中d表示每一对参考开始与结束位置之间的距离(亦即，“段距离”)，并且V表示前述工具速度。一般而言，工具速度可根据将诸如上文所描述的彼等非接触式工具中的任一者的非接触式工具对工件执行的处理的类型而预先判定或以其他方式设定(例如，借助于多轴工具机的使用者或操作者)。举例而言，在非接触式工具提供为所引导能量(例如，呈镭射源产生的镭射光形式)时，在加工区域沿着一个或两个轴移动时，工具速度可在100mm/sec至7m/sec的范围内，并且在加工区域沿着三个或三个以上轴移动时，工具速度可在100mm/sec至700mm/sec的范围内。

在一个实施例中，可根据以下方程序判定段距离d：

在判定赋予工具尖与工件之间在一对参考开始与结束位置之间的相对移动所需的伺服循环的数目n之后，基于伺服循环的判定数目n内插具有对应于该对参考开始及结束位置的原始开始及结束位置的原始工具路径段。可使用的示例性内插方法包括线性内插、多项式内插、样条内插等等或其任何组合。若所执行的内插为线性内插，则沿着每一轴(例如，沿着X轴、Y轴、Z轴、B轴及C轴中的每一者的每一对邻近位置(原始或经内插)之间的距离为均一的(或至少基本均一)。

在内插任何特定原始工具路径段时，将一或多个经内插位置基于伺服循环的判定数目n在该特定原始工具路径段的每一对原始开始与结束位置之间插入至该连串j个工具尖/工件位置中。举例而言，假定前述第一及第二原始工具尖/工件位置(x₁,y₁,z₁,b₁,c₁)及(x₂,y₂,z₂,b₂,c₂)分别对应于前述第一原始工具路径段的各别开始及结束位置，并且假定伺服循环的判定数目n等于4，则内插可产生待分别在第一与第二原始工具尖/工件位置(x₁,y₁,z₁,b₁,c₁)与(x₂,y₂,z₂,b₂,c₂)之间插入至该连串j个工具尖/工件位置中的三个经内插位置。在此实例中，三个经内插位置可包括第一经内插工具尖/工件位置(x_i1,y_i1,z_i1,b_i1,c_i1)、第二经内插工具尖/工件位置(x_i2,y_i2,z_i2,b_i2,c_i2)及第三经内插工具尖/工件位置(x_i3,y_i3,z_i3,b_i3,c_i3)。同样，假定前述第二及第三原始工具尖/工件位置(x₂,y₂,z₂,b₂,c₂)及(x₃,y₃,z₃,b₃,c₃)分别对应于前述第二原始工具路径段的各别开始及结束位置，并且假定伺服循环的判定数目n等于3，则内插可产生待分别在第二与第三原始工具尖/工件位置(x₂,y₂,z₂,b₂,c₂)与(x₃,y₃,z₃,b₃,c₃)之间插入至该连串j个工具尖/工件位置中的两个经内插工具尖/工件位置。在此实例中，两个经内插位置可包括第四经内插工具尖/工件位置(x_i4,y_i4,z_i4,b_i4,c_i4)及第五经内插工具尖/工件位置(x_i5,y_i5,z_i5,b_i5,c_i5)。

在针对每一轴内插一或多个原始工具路径段之后，该连串原始及经内插位置接着输出为前述初步致动器命令。举例而言，用于前述沿着X轴的第一及第二原始工具路径段的该连串原始及经内插位置(亦即，x₁,x_i1,x_i2,x_i3,x₂,x_i4,x_i5,x₃)可输出为经修改初步X轴致动器命令(亦即，X_prelim.')，用于前述沿着Y轴的第一及第二原始工具路径段的该连串原始及经内插位置(亦即，y₁,y_i1,y_i2,y_i3,y₂,y_i4,y_i5,y₃)可输出为经修改初步Y轴致动器命令(亦即，Y_prelim.')，用于沿着Z轴之前述第一及第二原始工具路径段的该连串原始及经内插位置(亦即，z₁,z_i1,z_i2,z_i3,z₂,zi₄,z_i5,z₃)可输出为经修改初步Z轴致动器命令(亦即，Z_prelim.')，用于沿着B轴之前述第一及第二原始工具路径段的该连串原始及经内插位置(亦即，b₁,b_i1,b_i2,b_i3,b₂,b_i4,b_i5,b₃)可输出为经修改初步B轴致动器命令(亦即，B_prelim.')，且用于沿着C轴的前述第一及第二原始工具路径段的该连串原始及经内插位置(亦即，c₁,c_i1,c_i2,c_i3,c₂,c_i4,c_i5,c₃)可输出为经修改初步C轴致动器命令(亦即，C_prelim.')。

在针对每一轴内插一或多个原始工具路径段之后，任何对依序原始或经内插位置可表征为工具路径段(亦称为“经处理工具路径段”)的开始位置及结束位置。举例而言，前述第一原始工具尖/工件位置(x₁,y₁,z₁,b₁,c₁)可对应于第一经处理工具路径段的开始位置，并且前述第一经内插工具尖/工件位置(x_i1,y_i1,z_i1,b_i1,c_i1)可对应于第一经处理工具路径段的结束位置。同样，前述第一经内插工具尖/工件位置(x_i1,y_i1,z_i1,b_i1,c_i1)可对应于第二经处理工具路径段的开始位置，并且前述第一经内插工具尖/工件位置(x_i2,y_i2,z_i2,b_i2,c_i2)可对应于第二经处理工具路径段的结束位置。以此类推。

一般而言，用于X轴、Y轴、Z轴、B轴及C轴的经修改初步致动器命令以协调方式输出，相对于伺服循环n同步，使得针对每一轴的对应(原始或经内插)位置组可一起在控制系统100或400处处理。在此情况下，经修改初步致动器命令X_prelim.'、Y_prelim.'、Z_prelim.'、B_prelim.'及C_prelim.'分别对应于前述初步致动器命令X_prelim.、Y_prelim.、Z_prelim.、B_prelim.及C_prelim.。因此，继续上文给出的实例，对于n＝1个伺服循环，第一原始工具尖/工件位置(x₁,y₁,z₁,b₁,c₁)可分别在经修改初步致动器命令X_prelim.'、Y_prelim.'、Z_prelim.'、B_prelim.'及C_prelim.'中输出至控制系统100或400(例如，输出至反向运动变换118及处理120)。对于n＝2个伺服循环，第一经内插位置(x_i1,y_i1,z_i1,b_i1,c_i1)可分别在经修改初步致动器命令X_prelim.'、Y_prelim.'、Z_prelim.'、B_prelim.'及C_prelim.'中输出至控制系统100或400(特定言之，输出至反向运动变换118及处理120)。对于n＝3个伺服循环，第二经内插位置(x_i2,y_i2,z_i2,b_i2,c_i2)可分别在经修改初步致动器命令X_prelim.'、Y_prelim.'、Z_prelim.'、B_prelim.'及C_prelim.'中输出至控制系统100或400(例如，输出至反向运动变换118及处理120)。以此类推。

由处理由速度处理级500输出的初步致动器命令而产生的由过程控制系统100或400(例如，如上文所论述)输出的致动器命令使得工件定位总成及工具尖定位总成中的一者或两者的致动器能够以恒定(或至少基本恒定)速度沿着工具路径移动加工区域。

V.关于定位总成调整的实施例

以恒定(或至少基本恒定)工具速度沿着工具路径移动加工区域在许多情境下可能合乎需要，包括但不限于上文所描述的情境(例如，在需要引导能量或物质串流或射流，使得所引导能量或物质均匀或至少在某种程度上或基本均匀地施加至工件时)。前述恒定速度技术可通常用来产生具有直线或相对平滑曲线的线(例如，具有连续一阶导数的曲线)的特征。

恒定速度技术亦可用于产生具有带有相对急剧曲线的线或带有不连续导数的弯曲线的特征。然而，在此情况下，工具速度应保持相对较低，以便留在多轴工具机中的致动器的一或多个约束内。在一个实施例中，例如，在工具速度原本将保持得过低以致不当影响处理速度或处理量的情况下，可根据“重新定位”技术处理由速度处理级500输出的致动器命令，由此一组额外致动器命令(在本文中亦称为“定位总成调整致动器命令”)插入至与一对依序工具路径段相关联的一连串初步致动器命令中。不同于与工具路径段相关联的致动器命令，在一组定位总成调整致动器命令输出至多轴工具机的致动器时，工具被撤销启动、脱啮或以其他方式防止处理工件。

定位总成调整技术可首先处理一或多个致动器命令(例如，前述组经修改初步致动器命令X_prelim.'、Y_prelim.'、Z_prelim.'、B_prelim.'及C_prelim.')，随后将此类致动器命令输入至(例如，诸如控制系统100或400的控制系统的)反向运动变换级118及处理级120作为一或多个对应初步致动器命令来加以实施。因此，并且参考图6，一或多个经修改初步致动器命令可经受预处理级(在本文中亦称为“定位总成调整处理”级600)以产生另一组经修改初步致动器命令(亦即，初步致动器命令X_prelim.”、Y_prelim.”、Z_prelim.”、B_prelim.”及C_prelim.”)。

在定位总成调整处理级600处，解译或以其他方式处理经修改初步致动器命令(例如，X_prelim.'、Y_prelim.'、Z_prelim.'、B_prelim.'及C_prelim.')以判定沿着任何特定轴(例如，X轴、Y轴、Z轴、B轴或C轴中的任一者)自一连串处理工具路径段中的一个处理工具路径段(例如，第一处理工具路径段)至该连串中的另一处理工具路径段(例如，第二处理工具路径段)的移动是否将超过与该特定轴相关联的临限值(例如，在以下方面：速度、加速度、加速度变化率，或其任何组合)。因此，有可能与一个轴相关联的临限值可相同或不同于与一或多个其他轴相关联的临限值。一般而言，与特定轴相关联的临限值将对应于与该特定轴相关联的致动器的带宽。若多轴工具机包括与特定轴相关联的一组冗余致动器，则与该特定轴相关联的临限值将对应于该组冗余致动器中具有最高带宽的致动器的带宽。

若判定将超过用于任何轴的临限值，则对于此类轴中的每一者，定位总成调整处理级600分析与该轴相关联的初步致动器命令，以：(a)判定沿着该轴减速(例如，自第一速度v₁，如图7中所示)至完全停止(例如，至速度v＝0，如图7中所示)而不超过与该轴相关联的临限值所需的距离(亦即，“减速距离”)；(b)判定沿着该轴加速至所要速度(例如，至第二速度v₂，如图7中所示)而不超过与该轴相关联的临限值所需的距离(亦即，“加速距离”)；以及(c)判定在与该轴相关联的所有致动器将适当安定之前以所要速度(例如，第二速度v₂，如图7中所示)沿着该轴横穿的最小距离(亦即，“安定距离”)。

通常，减速距离对应于可达成最大减速的距离，但减速距离可对应于达成仅轻微或中等减速的距离。同样，加速距离对应于可达成最大加速的距离，但加速距离可对应于达成仅轻微或中等加速的距离。此外，可使用一或多个恒定减速或加速型态、一或多个可变减速或加速型态或其任何组合来达成减速或加速。在一个实施例中，可根据以下方程序判定安定距离：

安定距離＝v₂*t_settle，

其中t_settle表示与该轴相关联的任何致动器的最短安定时间。

接下来，基于如上文所描述判定的减速距离、加速距离及安定距离计算沿着该轴的位置。此等位置包括：(a)由于减速距离而自第一处理工具路径段的结束位置的位置偏移(亦即，减速位置)；以及(b)由于加速距离与安定距离的总和而自第一处理工具路径段的结束位置的位置偏移(亦即，后移位置)。第一处理工具路径段的前述结束位置、减速位置及后移位置分别在p₀、p₁及p₂处在图7及图8中例示，并且如图8中所示，沿着公共轴彼此分离。应意识到，第一处理工具路径段的结束位置p₀亦表示第二处理工具路径段的开始位置。如图8中所示，减速距离为沿着该轴在第一处理工具路径段的结束位置p₀与减速位置p₁之间的距离。同样，加速距离与安定距离的总和为沿着该轴在第一处理工具路径段的结束位置p₀与后移位置p₂之间的距离。在图7及图8中，位置p₃指示沿着该轴的首次达成(亦即，在自后移位置p₂加速之后)所要速度(例如，第二速度v₂，如图7中所示)的位置(亦即，所要速度位置)。所要速度位置p₃与第二处理工具路径段的开始位置(亦即，位置p₀)之间的距离对应于前述安定距离。

如上文所提及，在对应于该组定位总成调整致动器命令的致动器命令输出至多轴工具机的致动器时，撤销启动、脱啮或以其他方式防止工具处理工件。在对应于该组定位总成调整致动器命令的致动器命令输出至致动器之后，工具重新启动、重新啮合或以其他方式被准许处理工件。在如上文所论述判定一个轴的减速位置p₁及后移位置p₂时，亦可判定(例如，如上文所论述)一或多个其他轴的减速位置及后移位置，即使对于彼等其他轴中的任一者不超过临限值，以确保至工具重新启动、重新啮合或以其他方式被准许处理工件的时间，加工区域准确地对准至第二处理工具路径段的开始位置(以及第二处理工具路径段自身)。因此，对应于该组定位总成调整致动器命令的致动器命令可命令与此类其他轴中的任一者相关联的任何致动器沿着其相关联轴以如上文所论述的方式分别移动至其相应减速位置p₁、后移位置p₂及第二处理工具路径开始位置p₀。

一旦产生，即将该组定位总成调整致动器命令插入至经修改初步致动器命令(例如，X_prelim.'、Y_prelim.'、Z_prelim.'、B_prelim.及C_prelim.')中，由此产生另一组经修改初步致动器命令(亦即，初步致动器命令X_prelim.”、Y_prelim.”、Z_prelim.”、B_prelim.”及C_prelim.”)，其可接着输出为前述初步致动器命令。一般而言，该组定位总成调整致动器命令以协调方式插入至经修改初步致动器命令中，使得用于每一轴的第二处理工具路径开始位置p₀可一起在控制系统100或400处处理。因此，该组定位总成调整致动器命令插入至经修改初步致动器命令中，使得用于轴中的每一者的第二处理工具路径开始位置p₀在时间上彼此对准。

在一个实施例中，定位总成调整处理级600可通过沿着任何轴停留在减速位置p₁历时停留时间(例如，第一停留时间d₁，如图7中所示)而在时间上对准用于每一轴的第二处理工具路径开始位置p₀，以使得用于该等轴中的每一者的后移位置p₂在时间上彼此对准。在另一实施例中，定位总成调整处理级600可通过沿着任何轴停留在后移位置p₂历时停留时间(例如，第二停留时间d₂，如图7中所示)而在时间上对准用于每一轴的第二处理工具路径开始位置p₀，以使得用于该等轴中的每一者的第二处理工具路径开始位置p₀在时间上彼此对准。

VI.关于错误校正的另外实施例

本文中所描述的多轴工具机使用线性及旋转致动器两者赋予工具尖与工件之间的相对移动。由致动器引入的任何移动错误有可能引起加工区域沿着自所要轨迹不当偏离的工具路径移动。在一些实施例中，诸如相对低带宽X轴致动器102、相对低带宽Y轴致动器104、相对低带宽Z轴致动器106、B轴致动器114及C轴致动器116的致动器提供为伺服系统。一般而言，伺服系统将具有错误感测负回馈以校正与伺服系统相关联的追踪错误。只要追踪错误不超过多轴工具机的规范，追踪错误即被容许。然而，追踪错误可随着多轴工具机机械加工工具的致动器更强力地驱动(例如，在致动器以较大加速度率驱动时，致动器命令具有较高频率内容时，等)而变大。

鉴于以上情况，可实施错误校正技术，由此使用相对高带宽致动器中的一或多者来补偿与多轴工具机的相对低带宽致动器或旋转致动器中的一或多者相关联的追踪错误。虽然在下文结合如本文中所揭示的任何多轴工具机描述错误校正技术的实施例，但应意识到，可借助于具有一或多组冗余致动器、一或多组轴向互补致动器或其任何组合的任何其他工具机实施错误校正技术。

一般而言，错误校正技术为实时错误校正技术。可补偿的错误来自两个源。第一错误源为各自输出至相对低带宽致动器(例如，相对低带宽X轴致动器102、相对低带宽Y轴致动器104或相对低带宽Z轴致动器106)的一或多个低频率内容线性致动器命令中指定的位置与相对低带宽致动器移动至的实际位置(如由与相对低带宽致动器相关联的回馈信号表示)之间的差。第二错误源为在各自输出至旋转致动器(例如，B轴致动器114或C轴致动器116)的一或多个低频率内容旋转致动器命令中指定的位置与旋转致动器移动至的实际位置(如由与旋转致动器相关联的回馈信号表示)之间的差。

图13A为示意性地例示用于实施上文所论述的错误校正技术的实时错误校正系统1300的实施例的方块图。一般而言，实时错误校正系统1300将与相对低带宽致动器相关联的错误馈送至相对高带宽致动器中的一或多者(例如，相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110及相对高带宽Z轴致动器112中的一或多者)以进行校正来实施错误校正技术。另外，与旋转致动器相关联的错误最初转换为对应线性错误，且该等线性错误接着馈送至相对高带宽致动器中的一或多者中。错误校正技术解决第一与第二错误源的组合效应，并且有助于实时地改良多轴工具机的动态准确度。

参考图13A，实时错误校正系统1300可表征为取得由控制系统100产生的特定命令作为输入。举例而言，在所例示的实施例中，实时错误校正系统1300可取得以下各项作为输入：第一组中间线性致动器命令(亦即，第一中间X轴致动器命令X0、第一中间Y轴致动器命令Y0及第一中间Z轴致动器命令Z0)、第二组中间线性致动器命令(亦即，第二中间X轴致动器命令X1、第二中间Y轴致动器命令Y1及第二中间Z轴致动器命令Z1)、经处理旋转致动器命令(亦即，B_low及C_low)、第一组经处理线性致动器命令(亦即，低频率内容X轴致动器命令X_low、低频率内容Y轴致动器命令Y_low及低频率内容Z轴致动器命令Z_low)及第二组经处理线性致动器命令(亦即，高频率内容X轴致动器命令X_high、高频率内容Y轴致动器命令Y_high，及高频率内容Z轴致动器命令Z_high)。

由B轴旋转致动器114及C轴旋转致动器116产生(或以其他方式与其相关联)的第一组中间线性致动器命令及旋转回馈信号(亦即，分别为B_fbk及C_fbk)经处理以产生第三组中间线性致动器命令。举例而言，正向运动变换1302应用于第一中间X轴致动器命令(亦即，X0)、第一中间Y轴致动器命令(亦即，Y0)、第一中间Z轴致动器命令(亦即，Z0)、B轴旋转回馈信号(亦即，B_fbk)及C轴旋转回馈信号(亦即，C_fbk)以产生第三组中间线性致动器命令。第三组中间线性致动器命令包括第三中间X轴致动器命令(亦即，X2)、第三中间Y轴致动器命令(亦即，Y2)及第三中间Z轴致动器命令(亦即，Z2)。可根据以下方程序应用正向运动变换：

如以上方程序中所示，正向运动变换在沿着B轴及C轴的实际回馈位置处计算第三组中间线性致动器命令。

第二组与第三组中间线性致动器命令中的各别命令之间的差表现为一组第一线性错误信号(亦即，第一线性错误信号eX1、eY1及eZ1)，其表示由旋转致动器中的一或多者(例如，B轴致动器114及C轴致动器116中的一或多者)的追踪错误造成的线性错误。第一线性错误信号eX1、eY1及eZ1中的每一者与对应第二线性错误信号eX2、eY2及eZ2(统称为“第二线性错误组”)组合，该等第二线性错误信号表示由相对低带宽线性致动器中的一或多者(例如，相对低带宽X轴致动器102、相对低带宽Y轴致动器104及相对低带宽Z轴致动器106中的一或多者)的追踪错误造成的线性错误。如所示，每一第二线性错误信号(eX2、eY2及eZ2)对应于由输出至致动器的致动器命令命令的位置与由致动器产生的回馈信号指示的位置之间的差。因此，在对低频率内容X轴致动器命令(亦即，X_low)、低频率内容Y轴致动器命令(亦即，Y_low)及低频率内容Z轴致动器命令(亦即，Z_low)作出反应之后，相对低带宽X轴致动器102、相对低带宽Y轴致动器104及相对低带宽Z轴致动器106即刻分别产生回馈信号X_fbk、Y_fbk及Z_fbk。

在图13A中所例示的实施例中，组合的第一与第二线性错误信号(亦即，eX1+eX2、eY1+eY2及eZ1+eZ2)中的每一者亦与第二组经处理线性命令(亦即，高频率内容X轴致动器命令X_high、高频率内容Y轴致动器命令Y_high及高频率内容Z轴致动器命令Z_high)组合，从而产生第三组经处理线性命令。因为第三组经处理线性命令自第一及第二线性错误信号以及第二组经处理线性命令导出，因此第三组经处理线性命令的频率内容可为混合的(亦即，包括低于或处于以及高于旋转致动器及相对低带宽线性致动器中的任一者的临限频率的频率内容)。因此，第三组经处理线性命令可包括复合X轴致动器命令(亦即，X_comp.)、复合Y轴致动器命令(亦即，Y_comp.)及复合Z轴致动器命令(亦即，Z_comp.)。复合X轴致动器命令(亦即，X_comp.)具有横跨自低于相对低带宽X轴致动器102的临限频率至高于相对低带宽X轴致动器102的临限频率的频率范围的频率内容。同样，复合Y轴致动器命令(亦即，Y_comp.)具有横跨自低于相对低带宽Y轴致动器104的临限频率至高于相对低带宽Y轴致动器104的临限频率的频率范围的频率内容；并且复合Z轴致动器命令(亦即，Z_comp.)具有横跨自低于相对低带宽Z轴致动器106的临限频率至高于相对低带宽Z轴致动器106的临限频率的频率范围的频率内容。

最终，并且如所示，复合X轴致动器命令(亦即，X_comp.)、复合Y轴致动器命令(亦即，Y_comp.)及复合Z轴致动器命令(亦即，Z_comp.)分别输出至相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110及相对高带宽Z轴致动器112。如图13A中所例示，第三组经处理线性命令替代第二组经处理线性命令(亦即，X_high、Y_high及Z_high)输出至相对高带宽致动器。

根据13A图中所例示的实施例，由控制系统100实施实时错误校正系统1300。如上文所描述，控制系统100可表征为实施用于处理及产生合适致动器命令以控制多轴工具机，由此将初步致动器命令的频率内容分解为对应于包括在多轴工具机中的致动器的临限频率的多个频带的算法。然而，将了解，可借助于任何其他类型的控制系统实施实时错误校正系统1300或其变化。

举例而言，可通过不如上文所论述将初步致动器命令的频率内容分解为多个频带的控制系统实施实时错误校正系统。举例而言，控制系统可简单地产生及输出前述初步致动器命令。在此实例中，实时错误校正系统1300的变体可提供为实时错误校正系统1301，如图13B中所示例性例示。

参考图13B，实时错误校正系统1301可经配置来处理初步致动器命令(例如，前述初步致动器命令X_prelim.、Y_prelim.、Z_prelim.、B_prelim.、C_prelim.)以通过应用反向运动变换(例如，前述反向运动变换118)产生一组中间线性致动器命令(例如，前述第一组中间线性致动器命令X0、Y0及Z0)。

初步致动器命令亦输出至多轴工具机的旋转致动器中的各别致动器，并且产生各别回馈信号。举例而言，初步X轴致动器命令(亦即，X_prelim.)输出至相对低带宽X轴致动器102，初步Y轴致动器命令(亦即，Y_prelim.)输出至相对低带宽Y轴致动器104，初步Z轴致动器命令(亦即，Z_prelim.)输出至相对低带宽Z轴致动器106，初步B轴致动器命令(亦即，B_prelim.)输出至B轴致动器114，并且初步C轴致动器命令(亦即，C_prelim.)输出至相对低带宽C轴致动器116。前述致动器又可产生及输出对应回馈信号(例如，前述回馈信号X_fbk、Y_fbk、Z_fbk、B_fbk及C_fbk)。

处理第一组中间线性致动器命令(例如，X0、Y0及Z0)及旋转回馈信号(例如，B_fbk及C_fbk)连同初步X轴致动器命令(亦即，X_prelim.)、初步Y轴致动器命令(亦即，Y_prelim.)及初步Z轴致动器命令(亦即，Z_prelim.)，以通过应用正向运动变换(例如，前述正向运动变换1302)产生另一组中间线性致动器命令(例如，第四组中间线性致动器命令X3、Y3及Z3)。

实时错误校正系统1301计算初步线性致动器命令(亦即，初步X轴致动器命令X_prelim.、初步Y轴致动器命令Y_prelim.及初步Z轴致动器命令Z_prelim.)中的各别命令与第四组中间线性致动器命令(亦即，X3、Y3及Z3)之间的差以导出前述第一线性错误信号组(亦即，eX1、eY1及eZ1)。同样，计算由输出至致动器的每一致动器命令命令的位置与由致动器产生的回馈信号指示的位置之间的差，以导出前述第二线性错误信号组(亦即，eX2、eY2及eZ2)。

第一线性错误信号eX1、eY1及eZ1中的每一者与对应第二线性错误信号eX2、eY2及eZ2组合，并且组合的第一及第二线性错误信号(亦即，eX1+eX2、eY1+eY2及eZ1+eZ2)中的每一者接着输出至相对高带宽致动器中的对应者作为第四组经处理线性命令。第四组经处理线性命令可包括错误校正X轴致动器命令X_corr.、错误校正Y轴致动器命令Y_corr.及错误校正Z轴致动器命令Z_corr.。错误校正X轴致动器命令(亦即，X_corr.)、错误校正Y轴致动器命令(亦即，Y_corr.)及错误校正Z轴致动器命令(亦即，Z_corr.)分别输出至相对高带宽X轴致动器108、相对高带宽Y轴致动器110、相对高带宽Z轴致动器112、B轴致动器114及C轴致动器116。

VII.关于相对高带宽Z轴致动器的另外实施例

如上文相对于并联工具尖定位总成所提及，若工具将提供为镭射光的聚焦光束，则相对较高带宽Z轴致动器112可提供为设置在镭射光传播路径(亦即，“传播路径”)中的变焦透镜。如一般熟习此项技术者将理解，变焦透镜为透镜组件的机械总成，其焦距可改变。图9例示根据一个实施例的变焦透镜，其可用作相对较高带宽Z轴致动器112。

参考图9，根据一个实施例的变焦透镜可提供为变焦透镜900，且包括物镜组件902(例如，发散透镜组件)及汇聚透镜组件904。在所例示的实施例中，物镜组件902提供为发散透镜(例如，双凹透镜)，且汇聚透镜组件904提供为双凸透镜。虽然物镜组件902与汇聚透镜组件904例示为单个透镜系统，但将了解，物镜组件902及汇聚透镜组件904中的一者或两者可提供为复合透镜系统，如此项技术中已知。

物镜组件902及汇聚透镜组件904两者以此项技术中已知的任何合适方式沿着公共轴(例如，与诸如前述传播路径304的传播路径共线)布置。一般而言，扫描透镜302可表征为具有第一焦距f₁，汇聚透镜组件904可表征为具有第二焦距f₂(亦即，自汇聚透镜组件904的轴量测)，并且物镜组件902可表征为具有第三焦距f₃(亦即，自物镜组件902的轴量测)。一般而言，第一焦距f₁大于第二焦距f₂，并且第二焦距f₂大于第三焦距f₃。

另外，并且虽然未展示，但物镜组件902可耦接至经布置及经配置来沿着传播路径304相对于汇聚透镜组件904移动物镜组件902的致动器(例如，一或多个液压缸、一或多个气压缸、一或多个伺服马达、一或多个语音线圈致动器、一或多个压电致动器、一或多个电致伸缩组件、一或多个电流计驱动凸轮等等或其任何组合)。举例而言，此致动器(在本文中亦称为“变焦透镜致动器”)可远离汇聚透镜组件904或朝向汇聚透镜组件904移动物镜组件902。在一些实施例中，变焦透镜致动器可经配置来朝向或远离汇聚透镜组件904移动物镜组件902达至少1mm、至少5mm、至少10mm、至少15mm、至少20mm、至少25mm、至少30mm、至少40mm、至少50mm、至少75mm等或介于此等值中的任一者之间的距离。汇聚透镜组件904可在位置上相对于扫描透镜302固定，或可相对于扫描透镜302移动。

变焦透镜900以光学方式布置在扫描透镜(例如，提供为前述扫描透镜302)上游。虽然未展示，但相对高带宽X轴致动器108及相对高带宽Y轴致动器110(例如，各自提供为电流计驱动镜系统，诸如相对于图3论述的前述第一及第二电流计驱动镜系统)可插置于变焦透镜900与扫描透镜302之间。

如图9中所示，变焦透镜致动器可操作以将物镜组件902定位在“零移位位置”，使得物镜组件902的焦平面(亦即，在第三焦距f₃处)与汇聚透镜组件904的焦平面(亦即，在第二焦距f₂处)重合。在物镜组件902如上文所论述而定位(亦即，在“零移位位置”处)时，在已传播经过变焦透镜900之后，激光束906借助扫描透镜302聚焦在与扫描透镜302的焦平面(亦即，在第一焦距f₁处)重合的焦点908处。

如图10中所示，变焦透镜致动器可操作以使物镜组件902在移动远离汇聚透镜组件904的方向上移位远离零移位位置，使得物镜组件902的焦平面(亦即，在第三焦距f₃处)在远离汇聚透镜组件904的方向上移动远离汇聚透镜组件904的焦平面(亦即，在第二焦距f₂处)。在物镜组件902如上文所论述而定位(亦即，在“正移位位置”)处时，激光束906(在已传播经过变焦透镜900并且由扫描透镜302聚焦之后)的焦点908朝向扫描透镜302移位。如图10中所示，在变焦透镜900与扫描透镜302之间，激光束906随着其朝向扫描透镜302传播而汇聚。

如图11中所示，变焦透镜致动器可操作以在朝向汇聚透镜组件904移动的方向上使物镜组件902移位远离零移位位置，使得物镜组件902的焦平面(亦即，在第三焦距f₃处)在朝向汇聚透镜组件904的方向上移动远离汇聚透镜组件904的焦平面(亦即，在第二焦距f₂处)。在物镜组件902如上文所论述而定位(亦即，在“负移位位置”处)时，激光束906(在已传播经过变焦透镜900并且由扫描透镜302聚焦之后)的焦点908远离扫描透镜302而移位。如图11中所示，在变焦透镜900与扫描透镜302之间，激光束906随着其朝向扫描透镜302传播而发散。

可根据以下方程序判定焦点908朝向扫描透镜302(如图10中所示)或远离扫描透镜302(如图11中所示)而移位的距离d_fp：

其中d_s等于在移位时距物镜组件902的轴及汇聚透镜组件904的焦平面的距离。如上文所论述，f₁表示扫描透镜302的焦距，f₂表示汇聚透镜组件904的焦距，并且f₃表示物镜组件902的焦距。应意识到，f₁、f₂及f₃可经选择或以其他方式设定以确保物镜组件902的移位距离d_s与焦点908的移位距离d_fp的比率可等于1:1、大于1:1或小于1:1。如本文所描述的焦点908的移位亦可在本文中称为“聚焦高度调制”。

另外，可选择物镜组件902、汇聚透镜组件904及扫描透镜302的特性，使得最终递送至工件的加工区域(亦即，在已传播经过变焦透镜900及扫描透镜302之后，如上文所论述)的聚焦镭射光光束的光点尺寸随着自最大正移位位置至最大负移位位置扫描物镜组件902的移位距离d_s变化小于1μm。在一些实施例中，最终递送至工件的加工区域(亦即，在已传播经过变焦透镜900及扫描透镜302之后，如上文所论述)的聚焦激光束的光点尺寸的变化可随着自最大正移位位置至最大负移位位置扫描物镜组件902的移位距离d_s变化小于0.75μm、小于0.5μm、小于0.25μm、小于0.1μm、小于0.075μm、小于0.05μm、小于0.025μm、小于0.01μm等或介于此等值中的任一者之间。

如本文所使用，术语“光点尺寸”指在加工轴横穿工件的加工区域的位置处递送的激光脉冲的直径或最大空间宽度。出于本文中论述的目的，光点尺寸量测为自加工轴至光学强度下降至加工轴处的光学强度的至少1/e²的位置的径向或横向距离。

图12例示展示自最大正移位位置20mm至最大负移位位置20mm扫描物镜组件902的移位距离d_s的实验的结果的曲线图，所述扫描导致焦点908的移位距离d_fp的对应移位(如虚线(与左侧例示的竖直轴相关联)所示)及最终递送至工件的加工区域(亦即，工件的表面)的聚焦激光束的光点尺寸的约0.066μm的变化，如灰色实线(与右侧例示的竖直轴相关联)所示。

如上文所描述而建构，变焦透镜900提供对受限范围(例如，约第一焦距的+/-10％)的控制良好的聚焦高度调制，而对扫描透镜302的焦平面扁平度、焦点908处的光点尺寸、焦点908处的光点形状及远心性具有极小影响。此外，物镜组件902重量仅几公克，由此准许变焦透镜致动器以比相对低带宽Z轴致动器106高得多的带宽移动物镜组件902。

VIII.混合多轴工具机的示例性实施例

图14为示意性地例示根据一个实施例的混合多轴工具机的透视图。图15为示意性地例示沿着图14中的线XV-XV'截取的图14中所示的混合多轴工具机的部分侧视平面图。

参考图14及图15，诸如多轴工具机1400的混合多轴工具机可包括以下组件，诸如用于产生镭射光(例如，表现为一系列脉冲、连续或准连续激光束，或其任何组合)的镭射源1402及用于调节(例如，扩大、准直、滤波、偏振、聚焦、衰减、散射、吸收、反射等或其任何组合)由镭射源1402产生的镭射光的镭射光学件。可提供镭射光学件的实例，包括：一或多个光阀，诸如各别第一光学光阀1404a及第二光学光阀1404b；各别第一折叠镜1406a、第二折叠镜1406b、第三折叠镜1406c、第四折叠镜1406d、第五折叠镜1406e、第六折叠镜1406f、第七折叠镜1406g、第八折叠镜1406h及第九折叠镜1406i；以及各别第一准直仪1408a及第二准直仪1408b。

一般而言，镭射源1402可操作以产生镭射光。由此，镭射源104可包括脉冲镭射源、CW镭射源、QCW镭射源、丛发模式镭射等等或其任何组合。在镭射源1402包括QCW或CW镭射源的情况下，视情况，镭射源104可包括脉冲闸控单元(例如，声光(AO)调制器(AOM)、截光器，等)以在时间上调制自QCW或CW镭射源输出的镭射辐射束(例如，以产生一或多个激光脉冲)。虽然未例示，但多轴工具机1400可视情况包括一或多个谐波产生晶体(亦称为“波长转换晶体”)，其经配置来转换由镭射源1402输出的光的波长。因此，最终递送至由工件定位总成201支撑的工件的镭射光可表征为具有在紫外线(UV)、可见(例如，紫色、蓝色、绿色、红色等)或电磁光谱的红外(IR)范围中的一或多者或其任何组合中的一或多个波长。在电磁光谱的UV范围中的激光脉冲可具有在150nm(或大约)至385nm(大约)的范围内，诸如157nm、200nm、334nm、337nm、351nm、380nm等或介于此等值中的任一者之间的一或多个波长。在电磁光谱的可见绿色范围中的激光脉冲可具有在500nm(或大约)至570nm(或大约)的范围内，诸如511nm、515nm、530nm、532nm、543nm、568nm等或介于此等值中的任一者之间的一或多个波长。在电磁光谱的IR范围中的激光脉冲可具有在750nm(或大约)至15μm(或大约)的范围内，诸如700nm至1000nm、752.5nm、780nm至1060nm、799.3nm、980nm、1047nm、1053nm、1060nm、1064nm、1080nm、1090nm、1152nm、1150nm至1350nm、1540nm、2.6μm至4μm、4.8μm至8.3μm、9.4μm、10.6μm等或介于此等值中的任一者之间的一或多个波长。

最终递送至由工件定位总成201支撑的工件的激光脉冲输出可具有处于10fs至900ms范围内的脉宽或脉冲持续时间(亦即，基于脉冲与时间中的光功率的半高全宽(FWHM))。然而，将了解，可使脉冲持续时间小于30fs或大于900ms。因此，由镭射源1402输出的至少一个激光脉冲可具有大于或等于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等或介于此等值中的任一者之间的脉冲持续时间。同样，由镭射源1402输出的至少一个激光脉冲可具有小于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等或介于此等值中的任一者之间的脉冲持续时间。

由镭射源1402输出的激光脉冲可具有在100mW至50kW范围内的平均功率。然而，将了解，可使平均功率小于100mW或大于50kW。因此，由镭射源1402输出的激光脉冲可具有大于或等于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等或介于此等值中的任一者之间的平均功率。同样，由镭射源1402输出的激光脉冲可具有小于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等或介于此等值中的任一者之间的平均功率。

可由镭射源1402以自5kHz至1GHz范围内的脉冲重复率输出激光脉冲。然而，将了解，脉冲重复率可低于5kHz或大于1GHz。因此，可由镭射源104以大于或等于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等或介于此等值中的任一者之间的脉冲重复率输出激光脉冲。同样，可由镭射源1402以小于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等或介于此等值中的任一者之间的脉冲重复率输出激光脉冲。

镭射源1402可表征的镭射类型的实例为气体镭射(例如，二氧化碳镭射、一氧化碳镭射、准分子镭射，等)、固态镭射(例如，Nd:YAG镭射，等)、棒镭射、光纤镭射、光子晶体棒/光纤镭射、被动模式锁定固态主体或光纤镭射、染料镭射、模式锁定二极管镭射、脉冲式镭射(例如，ms、ns、ps、fs脉冲式镭射)、CW镭射、QCW镭射等等或其任何组合。可提供为镭射源1402的镭射源的特定实例包括一或多个镭射源，诸如：由EOLITE制造的BOREAS、HEGOA、SIROCCO、或CHINOOK系列镭射；由PYROPHOTONICS制造的PYROFLEX系列镭射；由COHERENT制造的PALADIN 355或DIAMOND系列(例如，DIAMOND E、G、J-2、J-3、J-5系列)；由SYNRAD制造的PULSTAR或FIRESTAR系列镭射；全部由TRUMPF制造的TRUFLOW系列镭射(例如，TRUFLOW2000、2700、3000、3200、3600、4000、5000、6000、7000、8000、10000、12000、15000、20000)、TRUCOAX系列镭射(例如，TRUCOAX 1000)或TRUDISK、TRUPULSE、TRUDIODE、TRUFIBER或TRUMICRO系列镭射；由IMRA AMERICA制造的FCPA jaJEWEL或FEMTOLITE系列镭射；由AMPLITUDE SYSTEMES制造的TANGERINE及SATSUMA系列镭射(及MIKAN及T-PULSE系列振荡器)；由IPG PHOTONICS制造的CL-、CLPF-、CLPN-、CLPNT-、CLT-、ELM-、ELPF-、ELPN-、ELPP-、ELR-、ELS-、FLPN-、FLPNT-、FLT-、GLPF-、GLPN-、GLR-、HLPN-、HLPP-、RFL-、TLM-、TLPN-、TLR-、ULPN-、ULR-、VLM-、VLPN-、YLM-、YLPF-、YLPN-、YLPP-、YLR-、YLS-、FLPM-、FLPMT-、DLM-、BLM-或DLR系列镭射(例如，包括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等)，等等或其任何组合。

在一个实施例中，各别第一光学光阀1404a及第二光学光阀1404b中的一者或两者可提供为手动致动或控制器致动光圈，其可以此项技术中已知的任何方式打开或闭合以控制通过光圈孔径的光的量。在一个实施例中，各别第一准直仪1408a及第二准直仪1408b中的一者或两者可提供为光束减小或光束扩大准直仪。

多轴工具机1400进一步包含工件定位总成。在一个实施例中，工件定位总成提供为前述工件定位总成201，并且工具尖定位总成提供为混合工具尖定位总成。因此，工件定位总成201可包括相对低带宽Y轴致动器104、B轴致动器114及C轴致动器116(例如，其中B轴致动器114安装在相对低带宽Y轴致动器104上，以便于相对低带宽Y轴致动器104移动，并且C轴致动器116安装在B轴致动器114上，以便可借助于B轴致动器114、相对低带宽Y轴致动器104或其任何组合而移动)。工件夹具(未展示)可机械耦接至工件定位总成201(例如，在相对低带宽C轴致动器116处)以按任何合适或所要方式固持、保持、携带等工件(亦未展示)。工件夹具可提供为一或多个卡盘或其他夹钳、夹子或其他紧固装置(例如，螺栓、螺杆、销、挡圈、系带、系结件等)，工件可夹紧、固定、固持、紧固或以其他方式支撑至该或该等卡盘或其他夹钳、夹子或其他紧固装置。

多轴工具机1400进一步包含工具尖定位总成。在所例示的实施例中，工具尖定位总成提供为混合工具尖定位总成，其包括相对低带宽X轴致动器102(例如，此处提供为沿着X轴定向的线性级)、安装在相对低带宽X轴致动器102上(例如，经由耦接至相对低带宽X轴致动器102以便可借助于相对低带宽X轴致动器102移动的夹具1409)的相对低带宽Z轴致动器106(例如，此处提供为沿着Z轴定向的级)及安装在相对低带宽Z轴致动器106上(例如，以便可借助于相对低带宽Z轴致动器106、相对低带宽X轴致动器102或其组合移动)的相对高带宽Z轴致动器112。在替代实施例中，相对高带宽Z轴致动器112自工具尖定位总成省略(亦即，多轴工具机1400不包括相对高带宽Z轴致动器112)。

除了前述组件之外，混合工具尖定位总成亦包括相对高带宽X轴致动器108及相对高带宽Y轴致动器110。在所例示的实施例中，相对高带宽X轴致动器108及相对高带宽Y轴致动器110各自提供为电流计驱动镜系统(例如，如相对于图3所论述)，并且并入至安装在相对低带宽Z轴致动器106上(例如，以便可借助于相对低带宽Z轴致动器106、相对低带宽X轴致动器102或其组合而移动)的公共扫描头1410中。扫描头1410亦可包括扫描透镜(例如，如上文相对于图3或图9至图11中的任一者所论述)。

多轴工具机1400进一步包含处理基座1412及系统基座1414。处理基座1412经配置来至少部分地隔离诸如工件定位总成201、镭射源1402、镭射光学件等的组件与在多轴工具机1400外部产生的振动。因此，在一个实施例中，处理基座1412提供为相对重的花岗石、辉绿岩、等或其任何组合的块体。处理基座1412安放于系统基座1414上或其内，且搁置在一组支架1413(例如，由弹性体材料制成)上。支架1413经配置来衰减在多轴工具机1400外部产生的振动(例如，以防止或以其他方式最小化在处理期间将可能由此类振动造成的准确度的任何降低)。系统基座1414可例如支撑在底板(未展示)上。在一个实施例中，与多轴工具机1400的致动器、镭射源1402、光阀1404a、1404b等相关联的任何控制器可容纳在系统基座1414内。

多轴工具机1400进一步包括耦接至处理基座1412的支撑框架1416(例如，台架)1416。支撑框架1416可经配置以将工具尖总成支撑在工件定位总成201上。支撑框架1416可包括在工件定位总成201的对置侧处耦接至处理基座1412并且通常支撑横杆1420的一对支撑件1418。在所例示的实施例中，工具尖定位总成的相对低带宽X轴致动器102耦接至横杆1420，由此准许支撑框架1416将工具尖总成支撑在工件定位总成201上。支撑框架1416可经配置以至少部分地隔离诸如前述工具尖定位总成内的致动器、扫描透镜等组件与在多轴工具机1400外部产生的振动以及由工件定位总成201产生的振动。因此，在一个实施例中，支撑框架1416的支撑件1418及横杆1420可形成为相对重的花岗石、辉绿岩等等或其任何组合的块体。

多轴工具机1400进一步包括耦接至支撑框架1416(例如，在支撑件1418及横杆1420处)的光学件壁1422。光学件壁1422可支撑前述镭射光学件中的一些。举例而言，并且最佳如图15中所示，诸如各别第一光学光阀1404a及第二光学光阀1404b、各别第一折叠镜1406a、第二折叠镜1406b、第三折叠镜1406c、第四折叠镜1406d、第五折叠镜1406e及第六折叠镜1406f以及各别第一准直仪1408a及第二准直仪1408b的镭射光学件可耦接至光学件壁。在另一实施例中，各别第一光阀1404a及第二光阀1404b中的一者或两者可以任何合适的方式耦接至处理基座1412。

一般而言，各别第一折叠镜1406a、第二折叠镜1406b、第三折叠镜1406c、第四折叠镜1406d、第五折叠镜1406e、第六折叠镜1406f及第七折叠镜1406g布置于光学件壁1422的一个侧上，以便沿着诸如前述传播路径304的传播路径导引镭射光(例如，由镭射源1402产生并且由各别第一光学光阀1404a及第二光学光阀1404b传递)经过其他镭射光学件(例如，各别第一准直仪1408a及第二准直仪1408b)并且进入形成于光学件壁1422中的光学端口1424中。因此，传播路径304自光学件壁1422的一个侧(亦即，光学件壁1422的第一侧，镭射源1402位于此处)经由光学端口1424延伸至光学件壁1422的另一侧(例如，光学件壁1422的第二侧，工具尖定位总成位于此处)。

各别第八折叠镜1406h及第九折叠镜1406i将传播经过光学端口1424的镭射光导引至相对高带宽Z轴致动器112中。在此情况下，第八折叠镜1406h可经由镜支撑横杆1426耦接至支撑框架1416(例如，耦接至横杆1420)，使得第八折叠镜1406h的定向及位置可在多轴工具机1400的操作期间保持至少基本固定。第九折叠镜1406i可耦接至夹具1409，使得第九折叠镜1406i的定向及位置可在多轴工具机1400的操作期间保持至少基本固定。因此，第九折叠镜1406i可借助于相对低带宽X轴致动器102而沿着X轴移动。如上文所提及，相对低带宽Z轴致动器106经由夹具1409耦接至相对低带宽X轴致动器102。因此，相对高带宽Z轴致动器112及扫描头1410可在相对低带宽Z轴致动器106的操作期间相对于第九折叠镜1406i沿着Z轴移动。

如示例性例示，第八折叠镜1406h沿着Y轴对准至第七折叠镜1406g，第九折叠镜1406i沿着X轴对准至第八折叠镜1406h，并且相对高带宽Z轴致动器112沿着Z轴对准至第九折叠镜1406i。同样，扫描头1410沿着Z轴对准至相对高带宽Z轴致动器112。在高带宽Z轴致动器112自工具尖定位总成省略的替代实施例中，扫描头1410可沿着Z轴对准至第九折叠镜1406i。

在镭射光由第九折叠镜1406i反射之后，其沿着传播路径304传播(视情况，通过相对高带宽Z轴致动器112)，并且进入扫描头1410中，在此处其可借助于相对高带宽X轴致动器108及相对高带宽Y轴致动器110偏转。此后，镭射光借助于扫描头1410中的扫描透镜聚焦，随后传播至紧固至工件定位总成201的工件。

虽然所例示实施例设想多轴工具机1400具有在光学件壁1422中的光学端口1424，并且传播路径304可延伸穿过光学端口1424，但将了解，光学件壁1422可以使得传播路径304能够自第七折叠镜1406g延伸至第八折叠镜1406h的任何其他方式加以配置。举例而言，光学件壁1422可包括自其边缘延伸的凹口，且涵盖与光学端口1424重合的区域。

如上文所描述而建构并且布置，诸如各别第八折叠镜1406h及第九折叠镜1406i的折叠镜提供自由空间光束递送系统以将镭射光导引至扫描头1410，并且视情况导引至相对高带宽Z轴致动器112。因为第九折叠镜1406i安装至相对低带宽X轴致动器102并且沿着X轴对准至第八折叠镜1406h且沿着Z轴对准至扫描头1410(及相对高带宽Z轴致动器112，若包括)，因此自第八折叠镜1406h至扫描头1410的传播路径的长度及组态可在相对低带宽X轴致动器102及/或相对低带宽Z轴致动器106的操作期间动态地改变。与具有固定光束递送系统的特定习知基于镭射的多轴工具机相比，此可为有益的，习知基于镭射的多轴工具机需要扫描头1410在基于镭射的多轴工具机的操作期间静止并且限制可由此类习知基于镭射的多轴工具机处理的工件的尺寸。如上文所描述而建构，经由工件定位总成201及工具尖定位总成的组合操作，多轴工具机1400可将加工区域置于X轴、Y轴及Z轴的最大尺寸为1000mm(或小于1000mm)×1000mm(或小于1000mm)×750mm(或小于500mm)的处理容积内的任何地方。在一个实施例中，处理容积在X轴上的最大尺寸可等于或小于750mm、500mm、250mm、200mm、150mm等或介于此等值中的任一者之间。在一个实施例中，处理体积在Y轴上的最大尺寸可等于或小于750mm、500mm、250mm、200mm、150mm等或介于此等值中的任一者之间。在一个实施例中，处理体积在Z轴上的最大尺寸可等于或小于500mm、250mm、200mm、150mm等或介于此等值中的任一者之间。此外并且在如上文所描述而建构时，镭射光可沿着传播路径304传播经过多轴工具机1400的自由空间光束递送系统中的空气。与使用光纤来将镭射光递送至扫描头1410的特定习知基于镭射的多轴工具机相比，此可为有益的。

虽然上文已将多轴工具机1400例示并且描述为包括诸如折叠镜、光阀及准直仪的特定数目及布置的镭射光学件，但将了解，多轴工具机1400可包括任何不同数目、类型及布置的镭射光学件，只要保留前述自由空间光束递送系统即可。

虽然未展示，但多轴工具机1400可包括围封由镭射源1402及诸如各别第一光学光阀1404a及第二光学光阀1404b、各别第一折叠镜1406a、第二折叠镜1406b、第三折叠镜1406c、第四折叠镜1406d、第五折叠镜1406e、第六折叠镜1406f及第七折叠镜1406g以及各别第一准直仪1408a及第二准直仪1408b的镭射光学件占据的空间的防护罩或壳体。此防护罩(亦称为“光学件防护罩”耦接至系统基座1414，且可定义多轴工具机1400的外部的一部分。光学件防护罩与光学件壁1422隔开以防止光学件防护罩的移动(例如，由于操作者靠在上面)不当地影响附接至光学件壁1422的镭射光学件的位置或对准或因其他原因不当地影响由工件定位总成201固持的工件的处理准确度。

由光学件防护罩围封的空间亦可主动加压以防止颗粒物质(例如，在镭射处理工件期间产生的蒸气、残渣等)累积在镭射源及镭射光学件的光学表面上。因此，多轴工具机1400可包括泵(未展示，但设置于由光学件防护罩围封的空间内并且与多轴工具机1400外部的环境流体连通)以对由光学件防护罩围封的空间主动加压(例如，以便防止诸如在镭射处理工件期间产生的蒸气、残渣等颗粒物质累积在镭射源1402及镭射光学件的光学表面上)。

虽然未展示，但多轴工具机1400可包括围封由及诸如各别第八折叠镜1406h及第九折叠镜1406i的镭射光学件、工具尖定位总成及工件定位总成占据的空间的防护罩或壳体。此防护罩(亦称为“处理防护罩”耦接至系统基座1414及光学件防护罩，并且可定义多轴工具机1400的外部的另一部分。处理防护罩与光学件壁1422隔开以防止处理防护罩的移动(例如，由于操作者靠在上面)不当地影响附接至光学件壁1422的镭射光学件的位置或对准或因其他原因不当地影响由工件定位总成201固持的工件的处理准确度。一般而言，处理防护罩经配置来防止(或至少基本防止)在镭射处理工件期间产生的颗粒物质退出由处理防护罩围封的空间进入在多轴工具机1400外部的环境。

IX.关于管理热问题的实施例

虽然未展示，但多轴工具机1400可包括经配置来防止镭射源1402在其操作期间不当地过热的冷冻器或其他装置。在操作期间，诸如镭射源1402、泵、冷冻器等组件可产生热。在一些情况下，所产生的热可经由多轴工具机1400的诸如光学件壁1422、支撑框架1416(例如，支撑件1418及/或横杆1420)、相对低带宽X轴致动器102等组件扩散至由处理防护罩围封的空间中。已发现，在一些情况下，扩散至由处理防护罩围封的空间中的热可足以诱发相对低带宽X轴致动器102的热膨胀。然而，一般而言，相对低带宽X轴致动器102的热膨胀可由于周围温度的低至7℉的改变而诱发。

如上文所提及，在多轴工具机1400中，相对低带宽X轴致动器102提供为沿着X轴定向的线性级。该线性级通常包括床(例如，由诸如铝或铝合金的材料形成)、附接至该床的追踪轨道及可移动地安装至该追踪轨道的托架。通常，线性级借助于将床固定至横杆1420(例如，使用多个螺杆、螺栓、销等等或其任何组合)而安装至横杆1420。由诸如铝或铝合金的材料形成，线性级的床与通常由花岗石形成的横杆1420相比具有相对较高的热膨胀系数(CTE)。举例而言，床的CTE为约12×10^-6/℉，而横杆1420的CTE为约3×10^-6/℉。由于线性级的床与横杆1420之间的CTE差，在线性级附接至横杆1420时，床可能弓曲、翘曲或以其他方式不当地变形(例如，若过大量的热扩散至相对低带宽X轴致动器102中)。

可实施众多技术以最小化或以其他方式防止相对低带宽X轴致动器102的非所要变形。在一个实施例中，多轴工具机1400可在环境的周围温度等于(或基本等于)组装多轴工具机1400的环境的温度的环境中操作。在另一实施例中，多轴工具机1400可包括经配置来加热由处理防护罩围封的空间(例如，以使得由处理防护罩围封的空间的周围温度至少基本等于由光学件防护罩围封的空间的周围温度)的加热单元。在另一实施例中，多轴工具机1400可包括经配置来冷却由光学件防护罩围封的空间(例如，以使得由光学件防护罩围封的空间的周围温度至少基本等于由处理防护罩围封的空间的周围温度)的冷却单元。在又一实施例中，光学件壁1422可由与相对低带宽X轴致动器102具有相同或类似CTE且可设定尺寸(例如，在厚度、高度、长度等方面)以与相对低带宽X轴致动器102(或其床)具有类似惯性力矩的材料(例如，铝或铝合金)形成。如上文所描述而配置，光学件壁1422可有效地抵抗在相对低带宽X轴致动器102中可能发生(例如，部分地由于以下事实：光学件壁1422耦接至与相对低带宽X轴致动器102相对的横杆1420侧)的任何热诱发的变形。

在另一实施例中，可借助于向多轴工具机1400提供管道系统来最小化或以其他方式防止相对低带宽X轴致动器102的非所要弓曲或变形，该管道系统将由光学件防护罩围封的空间内的受热气体的一部分转移至由处理防护罩围封的空间中。

X.关于管理颗粒物质的实施例

如上文所提及，在使用诸如激光束的工具处理工件期间可能产生颗粒物质(例如，在镭射处理工件期间可能产生蒸气、残渣，等)。为防止或以其他方式最小化不当地累积在表面(例如，诸如扫描头1410的扫描头的表面、诸如第八折叠镜1406h或第九折叠镜1406i的镜的表面等)上或不当地退出多轴工具机(例如，经由多轴工具机1400的处理防护罩)的颗粒物质的量等，工具机可包括耦接至工件定位总成的俘获喷嘴。俘获喷嘴可与真空源流体连通并且具有经配置来接收颗粒物质的入口。在一个实施例中，入口定位得接近于工件上的在处理期间产生加工区域的位置。因此，俘获喷嘴可连接至工件最终固定至的相同级。举例而言，若工件耦接至C轴致动器116(例如，借助于诸如卡盘的夹具，等)，则俘获喷嘴亦可耦接至C轴致动器116，以使得俘获喷嘴的入口可在处理期间随工件一起移动。

除了俘获喷嘴之外，多轴工具机亦可视情况包括布置于工件的与俘获喷嘴相对的尺寸上并且例如耦接至与俘获喷嘴耦接至的该相同的级的气体流注入喷嘴(例如，以使得气体流注入喷嘴可在处理期间随俘获喷嘴及工件一起移动)。一般而言，气体流注入喷嘴耦接至高压气体源，并且经配置来在处理期间将高压气体引导至加工区域。

XI.结论

前文是对本发明的实施例及实例的说明且不应被理解为对本发明的限制。虽然已参考图式描述数个特定实施例及实例，但熟习此项技术者将容易了解，在不实质上脱离本发明的新颖性教示及优点的情况下，对所揭示的实施例及实例以及其他实施例的诸多修改是可能的。因此，所有此类修改意欲包括于如权利要求书中所界定的本发明的范畴内。例如，技艺人士将了解，任何句子、段落、实例或实施例的目标可与一些或所有其他句子、段落、实例或实施例的目标组合，除此类组合互斥的情况外。因此，本发明的范畴应由以下权利要求书以及包括在其中的权利要求书的等效物来判定。

Claims (7)

1.一种用于处理工件的基于镭射的多轴工具机，其包含：

镭射源，其经配置来产生镭射光；

支撑框架；

扫描头；

第一致动器，其耦接于该支撑框架与该扫描头之间，其中该第一致动器经布置且经配置来沿着第一方向相对于该支撑框架平移该扫描头；

第二致动器，其耦接于该第一致动器与该支撑框架之间，其中该第二致动器经布置且经配置来沿着第二方向相对于该支撑框架平移该扫描头及该第一致动器；以及

多个镜，其经布置且经配置来沿着一传播路径将该镭射光自该镭射源导引至该扫描头，其中该多个镜包括：

第一镜，其耦接至该支撑框架；以及

第二镜，其耦接至该第二致动器，使得该第二镜可相对于该第一镜沿着该第二方向移动且使得该扫描头可相对于该第二镜沿着该第一方向移动。

2.一种用于处理工件的基于镭射的工具机，其包含：

镭射源，其经配置来产生镭射光，该镭射光可沿着传播路径传播；

扫描透镜，其布置于该传播路径中；

第一致动器，其耦接至该扫描透镜，其中该第一致动器经布置且经配置来沿着第一方向移动该扫描透镜；以及

变焦透镜，其在该传播路径中布置于该扫描透镜与该镭射源之间。

3.如权利要求2的基于镭射的工具机，其中该变焦透镜耦接至该第一致动器，使得该变焦透镜可沿着该第一方向移动。

4.如权利要求2的基于镭射的工具机，其中该变焦透镜包括：

汇聚透镜组件，其布置于该传播路径中；以及

物镜组件，其布置于该传播路径中，其中该汇聚透镜组件可相对于该汇聚透镜组件移动。

5.如权利要求4的基于镭射的工具机，其中该物镜组件包括一发散透镜组件。

6.如权利要求4的基于镭射的工具机，其中该变焦透镜进一步包括耦接至该物镜组件的致动器。

7.一种用于利用镭射光处理工件的多轴工具机，其包含：

镭射源，其经配置来产生该镭射光，该镭射光可沿着传播路径传播以在光点处照射该工件；

工件定位总成，其可操作以移动该工件；

工具尖定位总成，其可操作以移动该光点；以及

控制器，其可操作地耦接至该工件定位总成及该工具尖定位总成，其中该控制器可操作以控制选自由该工件定位总成及该工具尖定位总成组成的组中的至少一者的一操作，以引起该工件与该光点之间的以一恒定速度的相对移动，

其中该相对移动包括绕着第一轴的同时旋转移动及沿着不同于该第一轴的第二轴的线性移动。