JP2018039106A - 工作機械上のワークピースに表面構造を付与する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ピエゾ積層アクチュエータを用いた工具ヘッドにおいて、大形化することなく、ワイヤ結合に起因した保守点検作業も要しない工具ヘッドを提供する。
【解決手段】工作機械１０００上のワークピースＷＳの表面に表面構造を付与する方法に関し、ワークスピンドル１０４０によって回転駆動されるフライスカッタの送り動作を実施する工程であって、フライスカッタが工作機械の工具ヘッド１０に受け取られ、少なくとも１つの突出切削エッジを有する工程と、フランスカッタの送り動作中、アクチュエータ２０への制御信号に基づき、ワークピースの表面に所定パターンの表面構造を付与する工程であって、アクチュエータが工具ヘッドに組み込まれ、制御信号に基づきフライスカッタを振動させるべく構成されている工程とを備え、制御信号は高周波の搬送信号及び該搬送信号を変調させる有用信号を含み、該有用信号が所定パターンを示すデータに基づいて発生される。
【選択図】図２

Description

本発明は工作機械上のワークピースの表面に表面構造を付与する方法に関する。また、本発明は上述の方法が実施可能な装置及び工作機械に関する。更に、本発明は上述の方法を実施するのに使用可能なコンピュータプログラム製品に関する。

以下の特許文献１は、ワークピースの表面に表面構造を付与する一般的なタイプの方法、特に面フライス方法を開示する。このような表面構造又は表面の模様付けは、例えばワークピースの表面に画像パターン及び／又はテキストパターンを付与することで、例えば装飾目的又は部品又はワークピースのコード付けに役立つ。

ここで、工具、つまり、フライスカッタ又は面フライスカッタは工作機械にて使用でき、前記カッタは例えば軸方向に突出する切削エッジを有する。該切削エッジは工具軸線上に配置されておらず、工具が工具軸線回りに回転駆動されるときに回転する。簡単な面フライスでの他に、フライスカッタは例えば尖端を有し、該尖端は例えばフライスカッタの突出切削エッジによって形成され、適切な場合、他の切削エッジ部品の研磨戻し(grinding back)又は取り外し(dismantling)によって作り出すことができる。

ワークピースの表面は、面フライス加工中に作製され、即ち、工具（例えば、シャンクカッタ又は面フライス又は他のフライスカッタ）は、ワークピースの端面にて回転切削運動しながら移動し、この際、工作機械の１つ以上の機械軸線（線形及び又は回転軸線）を介して移動される。工具軸線回りに回転するフライスカッタの尖端及び／又は突出切削エッジは工具の回転中心に配置されておらず、さらにその外側にある。ワークピース表面上の尖端の正確な位置は、工具中心（例えば、所謂、工具中心点）及び現在の工具の回転角から決定できる。

所望のパターンによって予め決定された位置にて、工具軸線の方向に関して前方に向けて、尖端の短いパルス形状の軸線方向の偏差があれば、工具尖端はワークピース表面に１つの画素を刻印する。従って、正確な位置付けでもって多様な偏差により、任意の画素パターン（例えば、画像パターン及び／又はテキストパターン）を作り出すことが可能となる。

DE 10 2012 002 140 B4

しかしながら、特許文献１に係る従来技術の方法では、工具を受け取る工具ヘッドの寸法は比較的大きくならざるを得ない。特許文献１に記載の方法は、矩形パルスの電圧によってピエゾ積層アクチュエータに偏差が与えられるという事実に基づく。それ故、電圧の偏差とピエゾ積層体の長さは直接的に比例するので、工具は非常に大きな寸法を自動的に有し、大きな電力又はエネルギが提供されなければならない。

更にまた、必要なパルス形状の電圧信号は誘導的又は非接触でのエネルギ又は信号の転送によっては転送できない。何故なら、誘導性のために信号が常に影響を受けてしまうことによる。低周波（約１〜５kHz）の短いパルス列が誘導的に転送されるなら、信号は高い誘導性のために不都合にして大きく歪められてしまい、所望の画像品質でもってパターン又は表面構造を付与することができない。しかしながら、信号の転送のために、接点をなすスリップリングが使用されるならば、これは工業的な業務、特に、摩耗や汚染から生じる保守点検作業を多くし、不都合なものとなる。

それ故、従来技術の方法は、工具ヘッドが大形化する不具合（つまり、不都合な寸法）や、ワイヤ結合（又は、スリップリング）によるエネルギ転送に起因した不具合を有する。

ワークピースの表面に表面構造を付与する従来の方法での上述の不都合を解消するため、本発明の目的は、ワークピースの表面に表面構造を提供する改良方法を提供し、該改良方法は、工具、工具ホルダ及び／又は工具ヘッドのより小さく且つよりコンパクトな寸法や、エネルギ又は信号の改良した転送、そして、付与されるべきパターンのより良好な画像品質を実現する。

上述の目的を達成するため、本発明は、請求項１に係る、ワークピースの表面に表面構造を付与する方法を提案する。更にまた、請求項１４に係る工作機械の制御装置、請求項１５に係る工作機械、そして、請求項１６に係るコンピュータプログラム製品が代替的且つ独立して提案される。付け加えて、復調器を有する工具ヘッドが代替的且つ独立して提供される。従属請求項は本発明の好適な実施形態に関する。

本発明の１つの局面は、特に工作機械上のワークピースの表面に表面構造を付与する方法において、以下の方法を示唆する。該方法は、工作機械のワークスピンドルによって回転駆動されるフライスカッタの送り動作を実施する工程であって、前記フライスカッタが工作機械の工具ヘッドに受け取られ、少なくとも１つの突出切削縁をワークピースの表面に沿って有する、工程と、アクチュエータへの制御信号に基づき、フライスカッタの送り動作中、ワークピースの表面に所定のパターンの表面構造を付与する工程であって、アクチュエータが工具ヘッドに組み込まれ、制御信号に基づきフライスカッタを振動させるべく構成されている、工程とを備え、制御信号は高周波の搬送信号及び該搬送信号を変調する有用信号を含み、該有用信号が所定のパターンを示すデータに基づいて発生される。

ここで、本発明は、工作機械の工具ヘッドのアクチュエータに振動を誘起してワークピースの表面に表面構造を付与する方法のための制御信号が工具ヘッドに対して、有用信号として直接的に転送されるのではなく、高周波の搬送信号を有用信号で変調した制御信号として転送されるという概念に基づく。このことは、工具ヘッドへの誘導エネルギ転送の使用を可能にし、保守点検の頻度を少なくし且つよりコンパクトな工具ヘッドの構成を可能にする。

従って、特にワークピースの表面に表面構造を付与する改善した方法を得ることが可能となり、該改善方法は、工具、工具ホルダ及び／又は工具ヘッドのより小形で且つよりコンパクトな寸法や、改善されたエネルギ転送及び／又は信号転送、そして、付与されたパターンのより良好な画像品質を実現する。

本発明の有用且つ好適な実施形態によれば、所定のパターンを示すデータは画像データ、特にビットマップ画像データを含む。パターンが簡単且つ効果的に予め決定できることは利点である。

本発明の有用且つ好適な実施形態によれば、制御信号は、ワークスピンドルに配置された送りユニットから工具ヘッドに配置された受け取りユニットに、非接触特に好ましくは誘導エネルギ転送によって転送可能である。

本発明の有用且つ好適な実施形態によれば、アクチュエータは変調された制御信号に基づいて駆動される。復調回路を有していなくとも、小さくてコンパクト且つ確かな超音波工具ヘッドが本発明の方法に使用できることは利点である。

本発明の有用且つ好適な実施形態によれば、代替的には、アクチュエータは制御信号の復調の後、有用信号に基づいて駆動される。付与されたパターンの画像品質が更に改善可能でることは利点である。

本発明の有用且つ好適な実施形態によれば、高周波の搬送信号は、有用信号に基づき振幅変調及び／又は周波数変調される。

本発明の有用且つ好適な実施形態によれば、搬送信号は超音波の範囲の周波数を有する。好ましくは、搬送信号の周波数は１０kHz、特に１５kHzよりも高く且つ好ましくは６０kHzよりも低い。好ましくは、搬送信号は実質的に湾曲形状の進行経路を有する。

本発明の有用且つ好適な実施形態によれば、アクチュエータは、フライスカッタの軸線方向、即ち、特に、フライスカッタの工具軸線の方向又はフライスカッタの回転軸線の方向に振動すべく構成されている。

本発明の有用且つ好適な実施形態によれば、表面構造は所定のパターンに相当するパターンを有する。

本発明の有用且つ好適な実施形態によれば、アクチュエータは、（軸線方向の振動に対して付加的又は代替的に要求されるとき、）フライスカッタの軸線方向に回転振動するように構成されている。

本発明の有用且つ好適な実施形態によれば、アクチュエータは、１つ以上のピエゾ要素、特に、プレート形状の複数のピエゾ要素の積層体を含む。例えば、アクチュエータは特に簡単且つ確かな方式で製作可能である。

本発明の有用且つ好適な実施形態によれば、工具の軸線方向は、ワークピースの表面に沿う送り動作中、ワークピースの表面の法線と平行に方向付けられている。特に、工具の軸線方向は、フライスカッタの工具軸線の方向又はフライスカッタの回転軸線の方向である。

本発明の有用且つ好適な実施形態によれば、工具は、ワークピースの表面に沿う送り動作中、ワークピースにおける表面の法線に対して垂直に移動にされる。

また、本発明の１つの局面は、上述の局面に係る方法を制御するための工作機械の制御装置を提案する。

このような制御装置は特に、所定のパターンを示すデータを記憶する記憶デバイス及び／又は所定のパターンを示すデータを受け取る受け取りデバイス及び／又は高周波の搬送信号及び有用信号を備えた制御信号を発生する制御信号発生デバイスを含み、有用信号は搬送信号を変調し、所定のパターンを示すデータに基づき発生される。

また、本発明の１つの局面は、そのような制御装置を有する工作機械を提案し、該制御装置は特に、少なくとも１つの突出切削エッジを備えたフライスカッタを受け取るべく構成された工具ヘッド及び／又は工具ヘッドに組み込まれ且つ制御装置の制御信号に基づき、装着したフライスカッタを振動させるべく構成されたアクチュエータを含む。

本発明の１つの局面は、コンピュータプログラムを備えたコンピュータプログラム製品を提案し、コンピュータプログラムはコンピュータ読み取り可能なデータ記憶媒体に記憶されて、数値制御の工作機械の数値制御の制御装置又は数値制御の工作機械の制御装置に接続されたコンピュータにて実行され、工作機械にて上述の局面に係る方法を制御するように構成されている。

本発明は、搬送信号の成分無しで復調された制御信号が工具ヘッドのアクチュエータに付与され、そして、アクチュエータに変調された制御信号を直接に送ることで方法が特に簡単に実施可能であるという事実に限定されず、例えば所望の表面品質を得る理由から、アクチュエータに有用信号又は復調された制御信号を送ることもまた可能である。

この点について、実施形態は工作機械の工具ヘッドを提案し、該工具ヘッドは工具サポートにて、少なくとも１つの突出切削エッジを備えたフライスカッタを受け取るべく構成されていると共に、アクチュエータを含み、該アクチュエータは制御信号に基づき、フライスカッタを振動させるべく構成されている。ここで、制御信号は、高周波の搬送信号及び該搬送信号を変調する有用信号を有し、有用信号が所定のパターンを示すデータに基づいて発生される。

更にまた、工具ヘッドは復調デバイス（例えば、復調回路）を有することができ、該復調デバイスは、工具ヘッドにて、工作機械の制御装置に受け取られた変調制御信号を復調するか及び／又は（搬送信号の成分を含んでいないか又は実質的に含んでいない）変調された制御信号の復調による有用信号の再構成をなし、そして、復調された制御信号又は再構成された有用信号に基づき、工具の振動を制御するため、アクチュエータへの復調された制御信号及び／又は再構成された有用信号を提供すべく構成されている。

更なる別の局面やその利点は、上述の局面及びその特徴の利点並びにより特定した構成の可能性と共に、添付図面の説明と共に以下に記述され、ここでの記述は決して限定するものとして見做すべきでものではない。

本発明に係る方法で使用可能な一実施形態の工具ホルダ（工具ヘッド）を一例として示す断面図である。 工作作機械上のワークピースの表面に表面構造を付与する本発明の方法において、制御信号を転送する実施形態の方法を一例として示す流れ図である。 工作機械上のワークピースの表面に表面構造を付与する方法において、制御信号を転送する一実施形態の方法を一例として示す流れ図である。 工作機械上のワークピースの表面に表面構造を付与する方法において、制御信号を転送する他の実施形態の方法を一例として示す流れ図である。 制御信号を受け取って工作機械上のワークピースの表面に表面構造を付与する一実施形態の方法を一例として示す流れ図である。 制御信号を受け取って工作機械上のワークピースの表面に表面構造を付与する他の実施形態の方法を一例として示す流れ図である。 実施形態の搬送信号、有用信号、振幅変調された制御信号及び周波数変調された制御信号の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図中、同一及び同様な要素には同一の参照符号が付されているが、ときには異なる参照符号が付されている。

しかしながら、本発明は以下の実施形態及びその特徴に限定又は制約されるものでなく、独立請求項の保護範囲内にて、本発明が実施形態の変形、特に、実施形態の特徴の変形及び／又は実施形態の個々又は複数の特徴の組み合わせによる変形を含むことに留意すべきである。

図１は、工具ヘッド（工具ホルダ）１０の例示的な構成を示し、該工具ヘッド１０は本発明の方法に使用可能である。

工具ヘッド１０はその一端に工具９０（図１に図示せず）を受け取る工具受け取り部１１を有する。工具ヘッド１０は、穿孔ディスク形状をなす複数、例えば６つの第１ピエゾ要素２１を積層状態にして収容し、これら第１ピエゾ要素２１は工具受け取り部１１に例えば伝達部１２を介して接続され、超音波変換器２０（超音波発生器／アクチュエータ）を形成する。該超音波変換器は電圧を機械振動（例えば超音波の範囲の周波数を有する）に変換する。

一例として、第１ピエゾ要素２１の機械振動は伝達部１２を経て工具９０に伝達される。第１ピエゾ要素２１は例えば、複数のピエゾセラミックディスクとして形成され、これらディスク間には電極が取り付けられている。

例えば、超音波変換器２０へのエネルギ供給又はその活動は変圧器（第１変圧器）によって行われる。該変圧器は一例として、工作機械側の第１ポットコア３１及び一次巻線３２（送りユニット／送りコイル）と、工具側の第２ポットコア３３及び二次巻線３４（受信ユニット／受信コイル）を含み、例えば、これら第２ポットコア３３及び二次巻線３４は工具ホルダ１０の外面に環状要素として配置されている。

工具受け取り部１１とは反対側の第１ピエゾ要素２１の積層体には一例として、穿孔ディス形状のピエゾ電気センサ要素４０が備えられている。該センサ要素４０はピエゾ要素４１及び２つの接点４２を含み、例えば第１ピエゾ要素２１に機械的に結合されるが、第１ピエゾ要素２１に対して絶縁要素４３により電気的に絶縁されている。絶縁要素４３はセラミックの穿孔ディスクからなる。一例として、ピエゾ電気センサ要素４０は固定要素１３、例えば、固定ナットに対して、別の絶縁要素４３により電気的に絶縁されている。

固定要素１３は動的な負荷を考慮し、超音波変換器２０（超音波発生器／アクチュエータ）へのピエゾ電気センサ要素４０の固定や第１ピエゾ要素２１の偏倚に役立つ。

第１ピエゾ要素２１及びピエゾ電気センサ要素４０は同一の方向付けを有し、この結果、同一方向の振動の発生及び検出が可能である一方、工具ヘッド１０（工具ホルダ）内での前記要素２１，４０の省スペースな配置が達成される。

ピエゾ電気センサ要素４０は、工具９０、伝達部１２、超音波変換器２０及びピエゾ電気センサ要素４０を含んだ振動システムの機械振動をセンサ信号に変換し、該センサ信号は例えば電圧として、ピエゾ電気センサ要素４０から工具ヘッド１０内の接続電線５０を経て工具ヘッド１０における外面の送り要素に転送される。

センサ信号は、ボア７０の送信要素６１，６２から工作機械側の受信要素（図１に図示せず）に非接触にして転送される。

送信要素６１，６２は例えば、別の変圧器（第２変換器）の一部をなし、例えば、第１フェライトコア及び一次巻線を含み、また、受信要素は第２変換器の一部をなし、第２フェライトコア及び二次巻線を含む。しかしながら、光学的な送信要素を備えることも可能である。

それ故、センサ信号は工具ヘッド１０から工作機械側のセンサ信号評価装置に誘導的に転送可能である。

図２は一例として、本発明の実施形態に係る工作機械1000の概略図を示し、該工作機械1000は、本発明に係る実施形態の方法に使用可能な工具ヘッド１０（工具ホルダ）を有する。

工作機械1000は例えば、数値制御可能なフライス(milling)盤、数値制御可能な汎用フライス盤、又は、数値制御可能なマシニングセンタとして製作可能である。工具とワークピースとの間の相対的な移動を制御するために、工作機械は複数の制御可能な線形軸線（通常、X軸線、Y軸線及び／又はZ軸線として参照される）と、１つの以上のロータリ又は回転軸線（通常、A軸線、B軸線及び／又はC軸線として参照される）とを有する。

例えば、図２の工作機械1000は、機械ベッド1010、機械コラム1020及びスピンドルヘッド1030を有する。機械ベッド1010は例えばワークピーステーブル1050を支持し、スピンドルヘッド1030は例えばワークスピンドル1040を支持している。

例えば、ワークピーステーブル1050は例えば、複数の水平且つ線形の案内面1051上にて線形移動可能に設けられ、これら案内面1051は機械ベッド1010上に水平に配置されている。ワークピーステーブル1050は、工作機械1000における第１線形軸線の線形駆動部1052を介して移動制御可能である。一例として、ワークピーステーブル1050上のワークピースクランプ装置1053にワークピースWSがクランプされている。

一例として、スピンドルヘッド1030は、鉛直且つ線形の複数の案内面1031上に鉛直方向に線形移動可能にして設けられ、これら案内面1031は機械コラム1020に鉛直方向に配置さている。スピンドルヘッド1030は、工作機械1000における第２線形軸線の線形駆動部1032によって移動制御可能である。それ故、工具９０を保持する工具ヘッド１０（工具ホルダ）を装備したワークスピンドル1040もまた鉛直に移動可能である。

他の実施形態では、工具に対してワークピースを例えば図２の描画と垂直な方向に付加的に線形移動可能にする１つ以上の別の線形軸線を備えることも可能である。

更にまた、ワークピーステーブル1050（所謂、ロータリテーブル）を回転させるために、１つ以上のロータリ又は回転軸線、例えばロータリ軸線を備えることもでき、該ロータリ軸線はロータリ軸線駆動部を有する。

ワークピースWSに対する工具９０の相対移動は、前述の線形軸線や適切な場合には、円形又はロータリ軸線及び／又はその駆動部によって制御可能である。

この目的のために、工作機械1000の制御装置1100は機械制御器1110を有し、該機械制御器1110は一例として、CNC又はNC制御デバイス1112を含む。該制御デバイス1112は例えば、記憶デバイス1111に記憶されたNCデータに基づき、工作機械1000の機能又は加工プロセスを制御すべく構成されている。付け加えて、機械制御器1110は例えば、PLC又はSPSデバイス1113を有する(ここで、“PLC”はプログラム可能な論理コントローラを表し、”SPS”はプログラム可能な記憶コントローラを表す)。

PLC及び又はSPSデバイス1113は、NC制御デバイス1112の制御指令に基づき、又は、適切な場合にはNC制御デバイス1112とは独立して、工作機械のアクチュエータ、例えば線形軸線の線形駆動部1052又は1032、又は一般的には工作機械の軸線の駆動部又はワークスピンドル1040のスピンドル駆動部1042に制御信号を特に好適に送信すべく構成されている。

付け加えて、PLC及び又はSPSデバイス1113は、工作機械1000の複数の位置測定センサ（図示せず）からセンサ信号の受け取り又は読み出しをなすべく構成され、該センサ信号は機械加工中、駆動部及び／又は工作機械の軸線に関して測定した実位置をリアルタイムに示し、適切な場合、PLC及び又はSPSデバイス1113はセンサ信号をNC制御デバイス1112に転送する。また、PLC及び又はSPSデバイス1113は、工作機械の内外の他のデバイス及び／又は装置がPLC及び又はSPSデバイス1113にて、駆動部及び／又は工作機械の軸線の実位置を示す位置データを読み出し可能に構成されている。

ワークスピンドル1040は、上述のスピンドル駆動部1042に加えて工具支持部1041（工具受け取り部）を有する。該工具支持部に工具ヘッド１０が受け取られ、工具ヘッド１０はスピンドル駆動部1042により（特に、切削運動をなすために）回転駆動可能である。

工具ヘッド１０は単に概略的に示されているが、例えば、工具切り離し面本体(tool cut surface body)１４（例えば、機械テーパ又はスティープテーパ又は中空シャンクテーパ又はモールステーパ又は他の工具切り離し面本体）を有しており、該工具切り離し面本体を介して工具ヘッド１０がワークスピンドル1040の工具支持部1041に受け取られる。例えば、工具ヘッド１０は図１に類似の構成にすることできる。図１に係る実施形態の工具ヘッド１０と対比して、図２の工具ヘッド１０は後述する復調器(demodulator)１５を付加的に有する。

工具ヘッド１０は例えば、非接触であるために誘導的な受信ユニット３４（例えば、図１の二次コイル又は巻線３４と類似）、又は、送信ユニット３２（一次コイル又は巻線）から制御信号を誘導的に受け取る受信ユニットを有する。送信ユニット３２はスピンドルヘッド（又はスピンドル）に取り付けられている。

一例として、図２の工具ヘッド１０は、アクチュエータ２０（例えば、超音波変換器又は超音波発生器、該変換器又は発生器は適切な場合、例えば１つ以上のピエゾ要素を含む）を有し、該アクチュエータ２０は制御信号に基づき、工具ヘッド１０及び／又は工具ヘッド１０に装着された工具９０を好ましくは、超音波の範囲、即ち、超音波の周波数又は１０kHzよりも高い周波数、又は、特に例えば１５kHzより高く且つ６０kHzまでの周波数にて（特に工具軸線９２の方向に）振動させるように構成されている。

更にまた、図２の工具ヘッド１０は例えば復調器１５（例えば、復調回路、適切な場合、マイクロコントローラを有する）を有する。該復調器１５はアクチュエータ２０の上流に配置され、受信ユニット３４を介して受け取られた制御信号の復調、又は、低周波の搬送信号を再構成し、このため、高周波の搬送信号が制御装置側で変調される。

しかしながら、本発明は復調器１５を有する工具ヘッドに限定されず、他の実施形態では、変調された制御信号をアクチュエータに直接に転送することも可能である。

工具ヘッド１０は付加的に工具受け取り部１１を有し、該工具受け取り部にフライス(milling)カッタ９０が受け取られるか又は保持される。工具９０は工具軸線９２を有し、該工具軸線回りに工具はスピンドル駆動部1042によって回転駆動される。例えば、フライスカッタの切削エッジによって工具尖端９１が形成され、該工具尖端は工具軸線９２の軸線方向に配置されてフライスカッタ９０の外面から突出、特に、工具軸線９２から離れて突出している。工具９０が回転駆動されたとき、フライスカッタの切削エッジ又は工具尖端９１は工具軸線９２の回りに回転する。

アクチュエータ２０を駆動するため、又は、工具９０の振動を制御するため、工作機械1000の制御装置1100は別の制御器1120を有する。該別の制御器1120は制御信号を発生し、該制御信号を工具ヘッド１０の送信ユニット３２を介して出力し、アクチュエータ２０のための受信ユニット３４に転送する。別の実施形態において、別の制御器1120は機械制御器1110に組み込み可能であるか、及び／又は、外部のデータ処理装置、例えばコンピュータを含む、又は、外部接続のデータ処理装置、例えばコンピュータによって構成可能である。

別の制御器1120は例えば、高周波の搬送信号を発生する発生器1124を含む。高周波の搬送信号は例えば、実質的に周期的で、又は、好ましくは実質的に湾曲形状(sinus-shaped)をなした搬送信号であって、好ましくは、所定の周波数及び／又は所定の振幅を有する。搬送信号の周波数は高周波数（即ち、特に１０kHzよりも高い周波数、好ましくは１５kHzより高い周波数）であり、好ましくは超音波の範囲にある。

付け加えて、別の制御器1120は一例として、パターンデータを記憶する記憶デバイス1121を含み、該パターンデータはワークピースWSの表面に付与されるべきパターン又は画像パターン及び／又はテキストパターンを示す。ここでのパターンデータは、画像データ（例えば、ビットマップグラフィックス又は他の画像データフォーマットを記憶したデータ）であり、画像データフォーマット上にパターンを提供する。

代替的には、制御器1120は記憶デバイス1121にパターン位置データを記憶できる。該パターン位置データは、パターンを示すパターンデータ又は画像データ（例えば、ビットマップグラフィックス又は他の画像データフォーマットを記憶したデータ）に基づいて発生される。パターン位置データは、位置と画像／パターンとの関係を示す、即ち、画像及び／又はテキストパターンが付与されるべきワークピースの表面上の位置を示すデータである。パターン位置データは、ワークピースWSの表面に対する工具尖端９１の複数のカッタ位置に関して、所定のパターンに基づいた偏差(deflection)の位置を示す（例えば、パターンの位置での偏差は大きく、パターンが付与されるべきでない位置での偏差は小さいか又は皆無である）。例えば、パターン位置データはテーブルとして準備され、そして記憶されている。

更にまた、別の制御器1120は一例として、データ処理デバイス1122を含み、該データ処理デバイス1122は、記憶デバイス1121からデータを読み出すべく構成され、付け加えて、機械制御器1110から位置、特に軸線方向位置を読み出し可能である。該読み出しは、ワークピースWSが機械加工されている間、好ましくはリアルタイムに実施可能である。ここでは、一方にて、工作機械1000における軸線及び駆動部の現在の実位置が好ましくは、例えばPLC及び／又はSPS制御デバイス1113（及び／又は、NC制御デバイス1112）からリアルタイムに読み出し可能であり、他方にて、現在の目標位置がNC制御デバイス1112から読み出し可能である。

読み出された工作機械の位置データに基づき、好ましくは、データ処理デバイス1122は特に、ワークピースWSに対して、工具９０における工具尖端９１のカッタ位置を演算すべく構成されている（例えば、特に、工具軸線９２からのワークピース先端の距離を考慮し、演算された工具軸線９２の位置や、工作機械1000の軸方向位置及びワークスピンドルの角度位置に基づく）。

代替的には、工具軸線９２の位置及び／又は工具尖端９１のカッタ位置がNC制御デバイス1112にて演算され、データ処理デバイス1122によって読み出されることも可能である。

ワークピースWSに対して工具９０における工具尖端９１の演算又は読み出されたカッタ位置や、パターンを示す記憶デバイス1121のデータとの比較に基づいて、データ処理デバイス1122は、所望のパターンに基づき、現カッタ位置での工具９０の現在所望される偏差を決定又は演算すべく構成され、そして、その偏差を目標値として搬送信号発生器1123に出力する。

データ処理デバイス1122の演算又は要求に基づき、有用信号発生器1123は選択的で且つ連続した有用信号(useful signal)を発生し、該有用信号は特に、１０kHz、好ましくは７kHz、特には５kHzよりも低く、且つ、好ましくは、約１kHzよりも高い（平均）周波数の低周波パルスで発生される。有用信号のパルスは例えば矩形をなすことができる（例えば、図５参照）。しかしながら、有用信号はガウス形状(Gaussian-shaped)や、正弦波の半波形状を有することができる。

更にまた、別の制御器1120は変調器1125（又は、マイクロコントローラが必要な変調回路）を含む。該変調器1125は、発生器1124にて発生された高周波の搬送信号を発生器1123にて発生された有用信号で変調して、これら搬送信号及び有用信号に基づき、工具ヘッド１０に出力されるべき変調制御信号を発生する。

ここでは、搬送信号を有用信号で振幅変調することも可能である。しかしながら、また、搬送信号を有用信号で周波数変調することも可能である。更に、増幅変調及び周波数変調の組み合わせも可能である。工具ヘッド１０が復調器１５を備えているなら、有用信号は復調器で再構成され、変調の形式は比較的重要でない役割を果たすだけである。

しかしながら、工具ヘッド１０が復調器を含まず、変調制御信号がアクチュエータ２０に直接出力されるなら、変調の形式は付与されたパターンの外観を変化させる。この場合、幾つかの実施形態にて、振幅変調、周波数変調、又は、これらの組み合わせが使用されるべきことが所望且つ要求されたとき、作業者が調整可能である。

一方、工具ヘッドに復調器の無い幾つかの実施形態において、搬送信号を有用信号で振幅変調することは可能である。この結果、より高い振幅のため、有用信号のパルス期間中、アクチュエータ２０はより大きな偏差を発生させる。それ故、一定周波数の搬送信号にて有用信号のパルス期間中、工具尖端９１における切削エッジの衝突はワークピースWSの表面をより深く突き刺し（有用信号のパルスでのより大きな突き刺し深さ）、これにより、表面上のパターンは表面構造の深さ及び高さによって作製可能である。

しかしながら、工具ヘッドに復調器が無い実施形態の場合、搬送信号を有用信号で周波数変調することも可能である。この結果、例えば、一定振幅の有用信号のパルス期間中、制御信号が高い周波数であるために、アクチュエータ２０に別の周波数（好ましくは高い周波数）が発生される。それ故、工具尖端９１における切削エッジの衝突は、一定の振幅の偏差で且つ異なる周波数（例えば、有用信号のパルス期間のより高い周波数）でもって同一の深さに突き刺さり、ワークピースWSの表面上のパターンは表面構造の濃淡(shadings)の相違で作製可能である。

同様に、工具ヘッドに復調器が無い実施形態の場合、搬送信号を有用信号で振幅且つ周波数変調することも可能である。この結果、例えば有用信号のパルス期間中、制御信号の高い周波数のために、アクチュエータ２０により高い周波数が発生され、そして、更にまた、有用信号のパルスの期間中の大きな振幅のために、アクチュエータ２０により大きな偏差が発生される。それ故、工具尖端９１における切削エッジの衝突は有用信号のパルス期間中、ワークピースWSの表面をより深く突き刺し（有用信号のパルスにて、より大きな突き刺し深さ）、そして、工具尖端９１における切削エッジの衝突は異なる周波数（例えば、有用信号のパルスにてより高い周波数）でもたらされる。それ故、表面上のパターンは表面構造の深さ及び高さ、そして、異なる濃淡でもって作製可能である。

図５は、例えば、幾つかの実施形態に係る搬送信号、有用信号、振幅変調制御信号及び周波数変調制御信号の例を示す。

図５は、例えば、湾曲形状(sinus-shaped)をなす高周波数の搬送信号V_TS及び（単に例示的な）周期的な有用信号V_NS、例えば矩形パルスを図解している。パルスの周波数及びパルス幅は各パターンに依存して個々に変化するので、一般的に有用信号V_NSが同一のパルス幅にて周期的に発生するパルスを有していないことに留意すべきである。

また、一例としての図５は、有用信号V_NSに基づく搬送信号V_TSの変調によって発生可能な制御信号、特に、振幅変調制御信号V_SS_am及び周波数変調制御信号V_SS_fmを示す。

図３Aは工作機械1000上のワークピースWSの表面に表面構造を付与する方法において、一例として、一実施形態に係わる制御信号の転送方法の流れ図を示す。

工程S301Aではパターンデータが準備され、該パターンデータは付与されるべき所定の表面構造のパターンを示す。前記データは例えば画像データであり、該画像データは、付与されるべきテキスト及び／又は画像パターン（例えば、ビットマップグラフィックスデータ、又は、JPEGファイル等の他の画像データフォーマットの画像データ）を示す。

工程S302では、ワークピースWSに対して工具９０の送り動作を制御する工作機械の機械制御データが準備される。該機械制御データは例えばNCデータ（例えば、つ以上のNCプログラム）を含み、該NCデータは例えば、ワークピースWSの表面全域に亘って面フライス加工を実施するうえで、ワークピースWSの表面に沿う工具の送り動作を記述している。ワークピースWSが自由造形(freeform)の表面を有するなら、ワークピースWSは好ましくは、自由造形の表面に関して機械加工され、この際、機械制御データは、工具軸線９２がワークピースWSの（方向付けが変化する）の法線ベクトルと一刻一刻(each moment)、常に同軸にアライメントされる送り動作を示す。付与されるべきパターンの箇所(site)にて、ワークピースの表面が平坦な場合、送り動作は好ましくは、ワークピース表面に対して垂直なワークピース軸線９２を一定の方向付けにして実施される。

工程S303では、ワークピースWSに対する工具９０の送り動作が機械制御データに基づき工作機械1110によって実施される。

機械加工且つ送り動作中、現在の位置データが工程S304にて常にリアルタイム（上述の記載を参照）に決定され、該位置データは直接又は間接的（つまり、例えば位置データからの演算後）、工具９０における工具軸線９２の位置及び／又は工具９０の位置を示す。

工程S504と同時に工程S305にて、角度データが決定され、該角度データは直接又は間接的に（つまり、例えば角度データからの演算に従い）工具９０及び／又は工具尖端９１の角度位置を示す。

工程S306にて、工具９０における工具尖端９１の現在のカッタ位置(cutter position)が前記位置及び角度データに基づき決定又は演算される。それ故、この時点にて、ワークピースの表面全域に関し、工具９０における工具尖端９１の位置が既知となる。

工具９０の工具尖端９１に関して、その決定された現在のカッタ位置に基づき、工程S307Aにて、対応する有用信号が所定のパターンデータに基づいて発生される。特に、例えば有用信号は、パターンの或る位置で（又は、工具尖端がパターンの或る位置に位置付けられたとき）、偏差パルス又は（より高いか又は高い振幅の）パルスを有し、他の位置で（又は、工具尖端がパターンの或る位置に位置付けられていないとき）、偏差無しのパルス又は（より低いか又は低い振幅の）パルスを有する。

工程S308にて、高周波の搬送信号は有用信号で変調されて変調制御信号を発生し、この後、変調制御信号は工程S309にて工具ヘッド１０の受信ユニット３４に転送される。

上述の実施形態では、有用信号がパターンデータ（例えば、画像データ又はビットマップ画像データ）に基づき、工程S307Aにてリアルタイムに発生される。別の実施形態では、例えば機械加工に先立ち、別のタイプのデータを発生させることもでき、該データはパターンデータ（例えば、画像データ及び／又はビットマップ画像データ）に基づいて発生され、パターンが付与されるべきワークピース表面上の位置（例えば、工作機械の座標システム上の位置）を示す。これは、例えば１つのテーブルである。特に、これはデータ（パターン位置データ）であり、該データは画像データに基づいて発生され、ワークピース及び／又は工作機械の座標システム上にて、ワークピースWSにおける表面上のパターンの位置（例えば、画素位置）を示す。

図３Bは、工作機械上のワークピースの表面に表面構造を付与する方法において、一例として制御信号を転送する他の実施形態での方法の流れ図を示す。

工程301Bでは、画像データが準備され、該画像データは或る画像データフォーマットのパターンを示す。工程S301Cでは、実際の機械加工方法中ではなく、例えば、実際の機械加工方法に先立ち、画像データがパターン位置データに変換されるか、及び／又は、パターン位置データが画像データに基づいて決定され、該画像データは例えば、ワークピースWSの表面上のパターンの位置を（例えばワークピース及び／又は工作機械の座標システム上にて）示す。

工程S307Bでは、決定されたパターン位置データ及び決定されたカッタ位置に基づき、ワークピースの機械加工中、有用信号がリアルタイムに発生又は調整される。このことは、機械加工の方法の開始（例えば、工程S303）前に簡略して使用可能なパターン位置データが既に発生及び／又は決定されているので、必要なら、より迅速且つより効果的なデータ処理を可能にする。

他の工程S302, S303, S304, S305, S306, S308, S309は図３Aでの場合と同様に実施可能である。

図４Aは一例として、制御信号を受け取り、工作機械上のワークピースの表面に表面構造を付与する一実施形態での方法の流れ図を示す。

工程S401では、（図３A又は図３Bの）工程S309にて転送された制御信号が、工具ヘッド１０の受け取りユニット３に（例えば誘導的に）受け取られ、そして工程S403Aでは一例として直接的にアクチュエータ２０に出力され、受け取った制御信号に基づきアクチュエータが制御される。

それ故、工程S404Aでは、受け取った（変調された）制御信号に基づき、制御された送り動作（工程S303）及びアクチュエータ２０の駆動（工程S403A）によって、ワークピースの表面に表面構造のパターンが付与される。

図４Bは一例として、制御信号を受け取って工作機械上のワークピースの表面に表面構造を付与する他の実施形態での方法の流れ図を示す。

工程S401では、（図３A又は図３Bの）工程S309にて転送された制御信号が、工具ヘッド１０の受信ユニット３４に（例えば誘導的に）受け取られ、そして、工程S402では工具ヘッド１０の復調器１５によって復調され、特に変調された制御信号から有用信号を再構成する。

工程S403Bでは、復調された制御信号及び／又は再構成された有用信号が例えばアクチュエータ２０に出力され、該アクチュエータは復調された制御信号及び／又は再構成された有用信号に基づいて制御される。

それ故、工程S404Bでは例えば、復調された制御信号及び／又は再構成された有用信号に基づき、制御された送り動作（工程S303）及びアクチュエータ２０の駆動（工程S403B）によってワークピースの表面に表面構造のパターンが付与される。

本発明の実施形態及びその利点は、添付図面を参照して詳細に上述されている。

しかしながら、本発明が上述の実施形態やその利点に限定又は制約されるものなく、独立請求項の範囲内で、実施形態の変形、特に、実施形態の特徴の変形及び／又は実施形態の個々又は複数の特徴の組み合わせを含むことに再度留意すべきである。

Claims (16)

1. 工作機械上のワークピースの表面に表面構造を付与する方法において、
   前記工作機械のワークスピンドルによって回転駆動されるフライスカッタの送り動作を実施する工程であって、前記フライスカッタが前記工作機械の工具ヘッドに受け取られ、前記ワークピースの前記表面に沿う少なくとも1つの突出切削エッジを有する、工程と、
   アクチュエータへの制御信号に基づき、前記フランスカッタの前記送り動作中、前記ワークピースの前記表面に所定パターンに応じて前記表面構造を付与する工程であって、前記アクチュエータが前記工具ヘッドに組み込まれ、前記制御信号に基づき前記フライスカッタを振動させるように構成されている、工程と
   を備え、
   前記制御信号は高周波の搬送信号及び該搬送信号を変調させる有用信号を含み、該有用信号が前記所定パターンを示すデータに基づいて発生される、方法。
2. 前記所定パターンを示す前記データは画像データ、特にビットマップ画像データを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記制御信号は、前記ワークスピンドルに配置された送りユニットを経て前記工具ヘッドに配置された受け取りユニットに非接触で転送される、請求項1又は２に記載の方法。
4. 前記アクチュエータは、変調された前記制御信号に基づいて駆動される、請求項1〜３の何れかに記載の方法。
5. 前記制御信号が復調された後、前記アクチュエータは前記有用信号に基づいて駆動される、請求項１〜３の何れかに記載の方法。
6. 前記高周波の搬送信号は前記有用信号に基づき振幅変調される、請求項１〜５の何れかに記載の方法。
7. 前記高周波の搬送信号は前記有用信号に基づき周波数変調される、請求項１〜６の何れかに記載の方法。
8. 前記搬送信号は超音波の範囲の周波数を有する、請求項１〜７の何れかに記載の方法。
9. 前記アクチュエータは、前記フライスカッタを軸線方向に振動させるべく構成されている、請求項１〜８の何れかに記載の方法。
10. 前記表面構造は前記所定パターンに相当するパターンを有する、請求項６及び９に記載の方法。
11. 前記アクチュエータは１つ以上のピエゾ要素を含む、請求項１〜１０の何れかに記載の方法。
12. 前記フライスカッタの軸線方向は、前記ワークピースの前記表面に沿う前記送り動作中、前記ワークピースにおける前記表面の法線ベクトルと平行にアライメントされている、請求項１〜１１の何れかに記載の方法。
13. 前記フライスカッタは、前記ワークピースの前記表面に沿う前記送り動作中、前記ワークピースにおける前記表面の法線ベクトルに対して垂直に移動される、請求項１〜１２の何れかに記載の方法。
14. 請求項１〜１３の何れかに記載の方法を制御する工作機械の制御装置であって、
    所定パターンを示すデータを記憶する記憶デバイス及び／又は前記所定パターンを示すデータを受け取る受け取りデバイスと、
    高周波の搬送信号及び該搬送信号を変調させる有用信号を備えた前記制御信号を発生させ、前記有用信号が前記所定パターンを示すデータに基づいて発生される、制御信号発生デバイスと
    を具備する、制御装置。
15. 請求項１４の制御装置と、
    少なくとも１つの突出切削エッジを有するフライスカッタを受け取るべく構成された工具ヘッドと、
    前記工具ヘッドに組み込まれ、前記制御装置の前記制御信号に基づき、装着された前記フライスカッタを振動させるべく構成されたアクチュエータと
    を具備する、工作機械。
16. コンピュータで読み取り可能なデータ記憶媒体に記憶されたコンピュータプログラムを含み、該コンピュータプログラムが数値制御の工作機械の数値制御装置、又は、数値制御の工作機械の制御装置に接続されたコンピュータで実行可能なコンピュータプログラム製品であって、工作機械にて、前記制御装置が請求項１〜１３の何れかに記載の方法を制御するように構成されている、コンピュータプログラム製品。