TW201708993A - 多軸工具機及其控制方法 - Google Patents

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可偉 盧
克爾特Ｍ 伊藤
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Abstract

本發明之一個實施例可表徵為用於控制多軸工具機之方法，該方法包括：獲得初步旋轉致動器命令(其中該旋轉致動器命令具有超出旋轉致動器之頻寬的頻率內容)；至少部分地基於該初步旋轉致動器命令來產生經處理之旋轉致動器命令，該經處理之旋轉致動器命令具有在該旋轉致動器之頻寬內的頻率內容；以及至少部分地基於該經處理之旋轉致動器命令來產生第一線性致動器命令及第二線性致動器命令。可將該經處理之旋轉致動器命令輸出至該旋轉致動器，可將該第一線性致動器命令輸出至第一線性致動器，且可將該第二線性致動器命令輸出至第二線性致動器。

Description

多軸工具機及其控制方法
本發明之實施例大體而言係關於用於實現自動運動控制之系統及方法，其中使用一或多個致動器來控制多軸工具機中之工具的位置或移動。
相關申請案之交互參照
本申請案主張2015年6月22日申請之美國臨時申請案第62/183,009號及2016年1月22日申請之美國臨時申請案第62/281,967號的權益，該等申請案中之每一者以全文引用方式併入本文中。
運動控制在機器人系統(例如，涉及多關節型機器人組態、笛卡爾坐標型機器人組態、圓柱坐標型機器人組態、極坐標型機器人組態、三角型機器人組態等等或其組合)、數值控制(NC)機器、電腦化NC(CNC)機器等等(本文中一般統稱為「工具機」，該等工具機可適於處理工件)中係重要的態樣。此等工具機通常包括一或多個控制器、一或多個致動器、一或多個感測器(各自提供為離散裝置，或嵌入致動器中)、工具架或工具頭，以及各種資料通信子系統、操作員介面等等。取決於所包括致動器的類型及數目，可將工具機提供為具有多個可獨立控制的運動軸之「多軸」工具機。
機械加工及其他自動化應用中對較高生產率之持續的市場需要已導致越來越多地使用具有各種類型之致動器、感測器及相關控制器的工具機。在一些情況下，多軸工具機(本文中亦稱為「混合多軸工具機」)可具備能夠沿著相同方向，但在不同頻寬下賦予移動之多個致動器。通常，若第一致動器可回應於具有給定頻譜或頻率內容之命令信號而賦予移動比第二致動器可回應於相同命令信號而賦予移動更準確，則一個致動器(例如，第一致動器)可表徵為具有比另一致動器(例如，第二致動器)更高的頻寬。然而，第一致動器可賦予移動之運動範圍通常將小於第二致動器可賦予移動之運動範圍。
決定應在混合多軸工具機之相對高頻寬致動器與相對低頻寬致動器之間分配哪些運動分量並非容易的任務。常見策略涉及操作一或多個相對低頻寬致動器來使將要處理之工件移動且/或將使一或多個相對高頻寬致動器移動至將要在其中處理工件之所要位置或「區」，並且然後當在處理工件期間操作(數個)相對高頻寬致動器時，保持(數個)相對低頻寬致動器之位置恆定。此後，操作(數個)相對低頻寬致動器來使工件及/或(數個)相對高頻寬致動器移動至將要在其中處理工件之另一「區」。運動控制之此種「逐個區」方法(亦稱為「分步重複」方法)係不合需要的，因為其顯著限制混合多軸工具機之產出量及靈活性。亦可能難以適當地或有利地定義可在其中操作(數個)相對高頻寬致動器之各種工件「區」。
以全文引用方式併入本文中之美國專利案第8,392,002號被理解為藉由處理零件描述程式以將零件描述程式中所定義之工具尖軌跡(基於頻率)分解成適合於混合多軸工具機之相對低頻寬致動器及相對高頻寬致 動器的多組不同的位置控制資料，來解決與實施「逐個區」方法相關聯之上述問題。然而，並且如美國專利案第8,392,002號中所確認，當混合多軸工具機經組配來使用具有騎在3軸笛卡爾級上之兩個旋轉軸的5軸CNC機械手來固持工件，並且包括相對高頻寬致動器來使工具尖在3個笛卡爾軸中移動時，使用基於頻率的分解方法可導致與旋轉軸相關聯之角度的誤差。
本發明之一個實施例可表徵為用於控制多軸工具機之方法，該多軸工具機經組配來使用工具處理工件。該多軸工具機可包括：旋轉致動器，其經組配來繞第一軸賦予工具與工件之間的相對移動；第一線性致動器，其經組配來沿著第一軸賦予工具與工件之間的相對移動；以及第二線性致動器，其經組配來沿著第二軸賦予工具與工件之間的相對移動。該方法可包括：獲得初步旋轉致動器命令(其中該旋轉致動器命令具有超出旋轉致動器之頻寬的頻率內容)；至少部分地基於初步旋轉致動器命令來產生經處理之旋轉致動器命令，該經處理之旋轉致動器命令具有在旋轉致動器之頻寬內的頻率內容；以及至少部分地基於經處理之旋轉致動器命令來產生第一線性致動器命令及第二線性致動器命令。可將經處理之旋轉致動器命令輸出至旋轉致動器，可將第一線性致動器命令輸出至第一線性致動器，且可將第二線性致動器命令輸出至第二線性致動器。
本發明之另一實施例可表徵為用於控制多軸工具機(例如，提供為如以上示例性地描述之多軸工具機)之控制器。該控制器可包括至少一個處理器及可供該至少一個處理器存取之電腦記憶體。電腦記憶體可具有儲存於其上之指令，該等指令在由至少一個處理器執行時使控制器：至 少部分地基於初步旋轉致動器命令來產生經處理之旋轉致動器命令，該初步旋轉致動器命令具有超出旋轉致動器之頻寬的頻率內容(其中經處理之旋轉致動器命令具有在旋轉致動器之頻寬內的頻率內容)；至少部分地基於經處理之旋轉致動器命令來產生第一線性致動器命令及第二線性致動器命令；以及輸出經處理之旋轉致動器命令、第一線性致動器命令及第二線性致動器命令。
本發明之另一實施例可表徵為多軸工具機，該多軸工具機包括：工具，其經組配來處理工件；第一旋轉致動器，其經組配來繞第一軸賦予工具與工件之間的相對移動；第一線性致動器，其經組配來沿著第一軸賦予工具與工件之間的相對移動；第二線性致動器，其經組配來沿著第二軸賦予工具與工件之間的相對移動；以及控制器，其操作性地耦接至旋轉致動器、第一線性致動器及第二線性致動器。控制器可經組配來：至少部分地基於初步旋轉致動器命令來產生經處理之旋轉致動器命令，該初步旋轉致動器命令具有超出旋轉致動器之頻寬的頻率內容(其中經處理之旋轉致動器命令具有在旋轉致動器之頻寬內的頻率內容)；至少部分地基於經處理之旋轉致動器命令來產生第一線性致動器命令及第二線性致動器命令；將經處理之旋轉致動器命令輸出至旋轉致動器；將第一線性致動器命令輸出至第一線性致動器；以及將第二線性致動器命令輸出至第二線性致動器。
100‧‧‧控制系統
102‧‧‧相對低頻寬X軸致動器
104‧‧‧相對低頻寬Y軸致動器
106‧‧‧相對低頻寬Z軸致動器
108‧‧‧相對高頻寬X軸致動器
110‧‧‧相對高頻寬Y軸致動器
112‧‧‧相對高頻寬Z軸致動器
114‧‧‧B軸致動器
116‧‧‧C軸致動器
118‧‧‧反向運動變換
120‧‧‧處理級
122‧‧‧正向運動變換
124‧‧‧處理級
126‧‧‧求和器
200‧‧‧工件定位總成
300‧‧‧並聯工具尖定位總成
302‧‧‧掃描透鏡
304‧‧‧傳播路徑
306a‧‧‧鏡
306b‧‧‧鏡
308a‧‧‧馬達
308b‧‧‧馬達
310‧‧‧雙箭頭
400‧‧‧控制系統
402‧‧‧相對高頻寬B軸致動器
404‧‧‧相對高頻寬C軸致動器
406‧‧‧求和器
500‧‧‧第一AOD系統
501‧‧‧半波板
502‧‧‧第二AOD系統
503‧‧‧半波板
504‧‧‧中繼透鏡
505‧‧‧極化光束分離
506‧‧‧掃描透鏡
508‧‧‧工件
510‧‧‧入射雷射光束
512‧‧‧偏轉光束
512’‧‧‧橫向位移光束
512”‧‧‧入射光束
514‧‧‧偏轉光束
514’‧‧‧橫向位移光束
514”‧‧‧入射光束
圖1為示意性地例示根據一個實施例之用於控制多軸工具機的控制系統之方塊圖。
圖2示意性地例示根據本發明之一個實施例的工件定位總 成。
圖3示意性地例示根據本發明之一個實施例的工具尖定位總成。
圖4為示意性地例示根據另一實施例之用於控制多軸工具機的控制系統之方塊圖。
圖5示意性地例示根據本發明之一個實施例的工具尖定位總成之一部分。
本文參考隨附圖式描述示例性實施例。除非另外明確地說明，否則在圖式中，組件、特徵、元件等之尺寸、位置等，以及其間的任何距離不一定按比例，而是為清晰起見加以誇示。
本文所使用之術語僅出於描述特定示例性實施例之目的且不意欲係限制性的。如本文所使用，除非上下文另外明確指示，否則單數形式「一」及「該」意欲亦包括複數形式。應意識到，本說明書使用術語「包含」來指定所述特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件之存在，而並不排除一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其群組之存在或添加。除非另外指出，否則值之範圍在被陳述時包括該範圍之上限及下限以及上限與下限之間的任何子範圍。除非另外指示，否則諸如「第一」、「第二」等僅用來區分一個元件與另一個元件。例如，一個致動器可被稱為「第一致動器」，並且類似地，另一節點可被稱為「第二致動器」，或反之亦然。本文所使用之章節標題僅出於組織目的且不應解釋為限制所描述之標的物。
除非另外指示，否則術語「約」、「大約」等意謂量、尺寸、配方、參數及其他數量及特性並非且不需要係確切的，而是可按需要為近似的及/或較大或較小的，從而反映容限、轉換因子、捨位、量測誤差等等，及熟習此項技術者已知的其他因子。
為便於描述，本文可使用諸如「下方」、「之下」、「下部」、「上方」及「上部」等等空間相對術語來描述一個元件或特徵與另一元件或特徵之關係，如圖中所例示。應意識到，空間相對術語意欲涵蓋除圖中所描繪之定向之外的不同定向。例如，若翻轉圖中之物件，則被描述為「在其他元件下方」或「在其他元件之下」的元件或特徵隨後將被定向為「在其他元件或特徵上方」。因此，示例性術語「下方」可涵蓋上方及下方兩種定向。物件可以其他方式定向(例如，旋轉90度或在其他定向上)，且可相應地解釋本文所使用之空間相對描述符。
相同數字在全篇中指代相同元件。因此，可參考其他圖式來描述相同或相似數字，即使在對應圖式中既沒有提及也沒有描述該等數字。此外，甚至可參考其他圖式來描述並未由參考數字表示之元件。
應瞭解，諸多不同形式及實施例在不背離本揭示案之精神及教示的情況下係可能的，且因此本揭示案不應被視為限於本文所闡明之示例性實施例。實情為，提供此等實例及實施例以使得本揭示案係全面及完整的，並且將揭示內容之範疇傳達給熟習此項技術者。
I.概述
本文所描述之實施例通常可表徵為關於用於控制多軸工具機之方法，該多軸工具機經組配來處理工件。可根據本文所描述之實施例 來控制之多軸工具機之實例包括刳刨機、銑床、電漿切割機、放電加工(EDM)系統、雷射切割機、雷射刻線機、雷射鑽孔機、雷射雕刻機、遠程雷射焊接機器人、3D印表機、噴水切割機、研磨噴射切割機等等。因此，多軸工具機可表徵為經組配來使工件與諸如刳刨機刀頭、鑽頭、工具刀頭、磨碎刀頭、刀片等之機械結構接觸，以對形成工件之一或多種材料進行移除、切割、拋光、粗糙化等。另外或替代地，多軸工具機可表徵為經組配來引導能量(例如，呈如下形式：由雷射源產生之雷射光、由火炬產生之熱量、由離子源或電子源產生之離子束或電子束等等，或其任何組合)，引導物質(例如，水、空氣、砂或其他研磨顆粒、油漆、金屬粉末等等或其任何組合)之串流或射流等等或其任何組合，以對形成工件之一或多種材料進行移除、切割、鑽孔、拋光、粗糙化、加熱、熔化、汽化、削磨、碎裂、變色、發泡，或以其他方式修改或改變該或該等材料之一或多個性質或特性(例如，化學組成、晶體結構、電子結構、微結構、奈米結構、密度、黏度、折射率、磁導率、相對電容率等)。此類材料可在工件處理之前或工件處理期間存在於工件之外表面處，或可在工件處理之前或工件處理期間位於工件內(即，不存在於工件之外表面處)。
無論如何處理工件，用來實現對工件之處理的任何機構(例如，任何前述機械結構、任何所引導能量、所引導物質之串流或射流等等，或其任何組合)在本文中均被稱為「工具」。工具的實體地接觸工件或以其他方式與工件互動(例如，經由吸收工件內的熱量或電磁輻射、藉由將入射電子或離子之動能轉換成工件內的熱量、藉由工件腐蝕等)之部分或數個部分在本文中單獨且統稱為「工具尖」，並且工件的最終由工具處理(例如，在工 具尖處)之任何區域在本文中被稱為「加工區域」。在工具為可繞與工件相交之軸旋轉之機械結構(例如，如同刳刨機刀頭、鑽頭等的情況)或工具為沿著與工件相交之軸被引導至工件上的能量或物質之串流或射流的實施例中，此種軸相對於工件表面之部分(該軸與該部分相交)的角度在本文中被稱為「加工角度」。
多軸工具機包括一或多個致動器，用來定位工具尖、定位工件、使工具尖相對於工件移動、使工件相對於工具尖移動，或其任何組合。因此，在賦予工具尖與工件之間的相對移動後，可改變加工區域在工件上或工件內之定位。每一致動器可經佈置或以其他方式組配來沿著至少一個線性軸、沿著至少一個旋轉軸定位加工區域或以其他方式賦予加工區域與工件之間的相對移動，或其任何組合。如此項技術中已知的，線性軸之實例包括X軸、Y軸(與X軸正交)及Z軸(與X軸及Y軸正交)，且旋轉軸之實例包括A軸(亦即，定義繞平行於X軸之軸的旋轉)、B軸(亦即，定義繞平行於Y軸之軸的旋轉)及C軸(亦即，定義繞平行於Z軸之軸的旋轉)。
經佈置或組配來沿著線性軸定位加工區域或以其他方式賦予加工區域與工件之間的相對移動之致動器通常可稱為「線性致動器」。經佈置或組配來沿著旋轉軸定位加工區域或以其他方式賦予加工區域與工件之間的相對移動之致動器通常可稱為「旋轉致動器」。多軸工具機內可包括之線性致動器的實例包括一或多個X軸致動器(亦即，經佈置或組配來賦予沿著X軸之運動的致動器)、一或多個Y軸致動器(亦即，經佈置或組配來賦予沿著Y軸之運動的致動器)及一或多個Z軸致動器(亦即，經佈置或組配來賦予沿著Z軸之運動的致動器)，或其任何組合。多軸工具機內可包括之 旋轉致動器的實例包括一或多個A軸致動器(亦即，經佈置或組配來賦予沿著A軸之運動的致動器)、一或多個B軸致動器(亦即，經佈置或組配來賦予沿著B軸之運動的致動器)及一或多個C軸致動器(亦即，經佈置或組配來賦予沿著C軸之運動的致動器)，或其任何組合。
多軸機可表徵為「頻譜互補」多軸工具機，或「非頻譜互補」多軸工具機。頻譜互補多軸工具機包括能夠沿著相同軸，但在不同頻寬下賦予移動的一或多組冗餘致動器。非頻譜互補多軸工具機不包括任何一組冗餘致動器。
多軸工具機可表徵為「軸向互補」多軸工具機，或「非軸向互補」多軸工具機。軸向互補多軸工具機具有一組軸向互補致動器，該等軸向互補致動器包括：至少一個旋轉致動器，其經組配來沿著至少一個旋轉軸定位工具尖及/或工件或向工具尖及/或工件賦予移動；以及至少一個線性致動器，其經組配來沿著至少一個線性軸定位工具尖及/或工件或向工具尖及/或工件賦予移動。在軸向互補多軸工具機中，工具及/或工件可繞其旋轉之至少一個旋轉軸不平行於工具及/或工件可沿著其平移之至少一個線性軸。例如，一組軸向互補致動器可包括：旋轉致動器，其經組配來賦予沿著B軸之運動；以及至少一個線性致動器，其經組配來賦予沿著X軸、沿著Z軸或沿著X軸及Z軸之運動。在另一實例中，一組軸向互補致動器可包括：旋轉致動器，其經組配來賦予沿著B軸之運動；以及至少一個旋轉致動器，其經組配來賦予沿著C軸之運動；以及至少一個線性致動器，其經組配來賦予沿著X軸、沿著Z軸或沿著X軸及Z軸之運動。然而，一般而言，一組軸向互補致動器可表徵為彼此非冗餘的。非軸向互補多軸工具 機不包括一組軸向互補致動器。應意識到，頻譜互補多軸工具機或非頻譜互補多軸工具機可經組配成軸向互補多軸工具機或非軸向互補多軸工具機。
通常，回應於自電腦檔案或電腦程式獲得或以其他方式導出之致動器命令來驅動多軸工具機之致動器。在自電腦檔案或電腦程式導出致動器命令之實施例中，此種致動器命令可由在電腦檔案中定義或由電腦程式定義之軌跡(或軌跡之分量)內插。軌跡可定義一連串工具尖及/或工件位置及/或移動(例如，沿著一或多個空間軸)，該等位置及/或移動描述在由多軸工具機處理工件期間，將如何對加工區域進行定位、定向、移動等。
通常，不同致動器命令可對應於不同軸向位置或移動，因此，「線性致動器命令」為對應於位置或移動之線性分量的致動器命令，並且「旋轉致動器命令」為對應於位置或移動之旋轉分量的致動器命令。詳言之，「X軸致動器命令」可對應於沿著X軸之位置或移動之線性分量，「Y軸致動器命令」可對應於沿著Y軸(其中Y軸與X軸正交)之位置或移動之線性分量，「Z軸致動器命令」可對應於沿著Z軸(其中Z軸與Y軸正交)之位置或移動之線性分量，「A軸致動器命令」可對應於沿著「A軸」(A軸旋轉運動表徵繞平行於X軸之軸的旋轉)之位置或移動之旋轉分量，「B軸致動器命令」可對應於沿著「B軸」(B軸旋轉運動表徵繞平行於Y軸之軸的旋轉)之位置或移動之旋轉分量，並且「C軸致動器命令」可對應於沿著「C軸」(C軸旋轉運動表徵繞平行於Z軸之軸的旋轉)之位置或移動之旋轉分量。
如本文所使用，術語「致動器命令」指代由振幅所表徵之電信號，該振幅隨時間而改變並且因此可按此項技術中已知的方式表徵為「頻 率內容」。通常，多軸工具機之致動器將由限制致動器之頻寬的一或多個約束(例如，速度約束、加速度約束、急沖度約束等)來表徵。如本文所使用，致動器之「頻寬」指代致動器準確地或可靠地對具有超出與致動器相關聯之臨限頻率之頻率內容的致動器命令(或致動器命令之一部分)作出反應或回應之能力。應意識到，取決於特定致動器之類型、特定致動器之具體構造、特定致動器之質量、附接至特定致動器或可由特定致動器移動之任何物件的質量等等，可改變用於任何特定致動器之臨限頻率。例如，用於諸如伺服馬達、步進馬達、液壓缸等致動器類型之臨限頻率可彼此相同或不同(如此項技術中已知的)，但通常小於用於諸如電流計、語音線圈馬達、壓電致動器、電子束磁性偏轉器、磁致伸縮致動器等(如此項技術中已知，該等致動器可彼此相同或不同)致動器類型之臨限頻率。取決於組配轉致動器之方式，旋轉致動器可具有小於線性致動器之臨限頻率的臨限頻率。
最終，致動器命令被輸出至多軸工具機之對應致動器，其中每一致動器可操作來沿著對應於與所接收致動器命令相關聯之位置或移動之分量的軸定位或移動工具尖及/或工件。例如，X軸致動器命令最終將被輸出至經佈置或組配來沿著X軸定位或移動工具尖及/或工件之線性致動器，B軸致動器命令最終將被輸出至經佈置或組配來沿著B軸定位或移動工具尖及/或工件(亦即，使工具尖及/或工件繞Y軸旋轉)之旋轉致動器等。若軌跡描述可被分解成兩個或兩個以上移動分量(例如，在X軸、Y軸、Z軸、A軸、B軸或C軸中之兩者或兩者以上中的並行運動)之移動，則此類運動分量可表徵為彼此「相關聯」。對應於由軌跡所描述之相關運動分量之致動器命令同樣可表徵為彼此「相關聯」。當致動器命令以同步化方式或以 其他方式協調之方式輸出至致動器時，致動器基本上藉由以沿著匹配或以其他方式對應於所要軌跡之路徑來移動加工區域之方式賦予工具尖與工件之間的相對移動來作出反應或回應。
在以下章節中論述關於某些組致動器命令(亦即，「頻譜互補致動器命令」及「軸向互補致動器命令」)之產生及使用的一些一般實施例。雖然兩組致動器命令通常經描述為單獨地產生及使用，但應意識到，兩組致動器命令可以組合方式一起產生及使用。將關於圖1至圖4更詳細地描述兩組致動器命令之組合式產生及使用的一些實例。
A.關於通常用於頻譜互補多軸工具機之致動器命令的實施例
在多軸工具機為混合多軸工具機之實施例中，可將一組頻譜互補致動器命令輸出至對應的一組冗餘致動器。在一組頻譜互補致動器命令內，致動器命令中之一者(例如，第一致動器命令)的頻率內容將比致動器命令中之另一者(例如，第二致動器命令)的頻率內容更高，並且第一致動器命令最終將被輸出至該組冗餘致動器中之相對高頻寬致動器(例如，能夠準確地或可靠地對第一頻譜互補致動器命令作出反應或回應)，而第二致動器命令最終將被輸出至該組冗餘致動器中之相對低頻寬致動器(例如，能夠比對第一頻率命令作出反應或回應更準確地或可靠地對第二頻率命令作出反應或回應)。
可以任何適合的方式產生該組頻譜互補致動器命令。例如，可藉由處理自電腦檔案或電腦程式獲得或以其他方式導出之致動器命令(例如，描述沿著諸如X軸、Y軸，Z軸、A軸，B軸或C軸等等之單個軸的位置或移動)來產生該組頻譜互補致動器命令，如以上所論述。在此情況下， 此種致動器命令亦被稱為「初步致動器命令」，並且具有跨過初步頻率範圍之頻率內容。初步頻率範圍可包括在一或多個頻率下的不可忽略頻率內容，該頻率內容超出該組冗餘致動器中之至少一個致動器之臨限頻率。初步致動器命令可經處理來產生一組頻譜互補致動器命令。
通常，每一頻譜互補致動器命令具有跨過小於初步範圍且處於初步範圍內之頻率子範圍的頻率內容。具體而言，該組頻譜互補致動器命令中之每一致動器命令的頻率內容包括在一或多個頻率下的不可忽略頻率內容，該頻率內容不超出該組冗餘致動器中之對應致動器之臨限頻率。例如，在一組頻譜互補致動器命令內，頻譜互補致動器命令中之一者(例如，最終將被輸出至該組冗餘致動器中之第一致動器的第一頻譜互補致動器命令)的頻率內容將跨過第一頻率子範圍，並且頻譜互補致動器命令中之另一者(例如，最終將被輸出至該組冗餘致動器中之第二致動器的第二頻譜互補致動器命令)的頻率內容將跨過第二頻率子範圍。在一個實施例中，第一子範圍之平均頻率可小於、大於或等於第二子範圍之平均頻率。第一子範圍之限度可大於、小於或等於第二子範圍之限度。第一子範圍可與第二子範圍重疊、毗連或隔開。
在一些實施例中，對初步致動器命令之處理可包括：藉由根據一或多個適合的演算法修改初步致動器命令(或自初步致動器命令導出之另一命令)，將一或多個適合的濾波器應用於初步致動器命令(或自初步致動器命令導出之另一命令)；藉由整數倍降低取樣初步致動器命令(或自初步致動器命令導出之另一命令)，將一或多個低階內插應用於初步致動器命令(或自初步致動器命令導出之另一命令)等等或其任何組合。適合的濾波器之實 例包括數位濾波器、低通濾波器、巴特沃斯濾波器等等或其任何組合。適合的演算法之實例包括自動迴歸移動平均演算法等等。在一些實施例中，可如美國專利案第5,751,585號、第6,706,999號及第8,392,002號中之一或多者中所描述來產生該組頻譜互補致動器命令，該等專利案中之每一者以全文引用方式併入本文中。然而，應意識到，可根據美國專利案第5,638,267號、第5,988,411號、第9,261,872號中之一或多者中或美國專利申請公開案第2014/0330424號、第2015/0158121號、第2015/0241865號中之一或多者中所描述之技術來產生該組頻譜互補致動器命令，該等專利案中之每一者以全文引用方式併入本文中。
雖然該組頻譜互補的經處理之致動器命令已被描述為僅包括兩個頻譜互補致動器命令，但應意識到，該組頻譜互補致動器命令可包括任何數目個頻譜互補致動器命令(例如，3、4、5、6、7、8等)。一組頻譜互補致動器命令中對應於公共軸之頻譜互補致動器命令的數目可等於該組冗餘致動器中能夠沿著該公共軸進行定位或賦予移動之冗餘致動器的數目。
B.關於通常用於軸向互補多軸工具機之致動器命令的實施例
有時，將要發佈至旋轉致動器(例如，B軸致動器)之旋轉致動器命令(例如，B軸致動器命令)含有超出旋轉致動器之臨限頻率的不可忽略頻率內容。相應地，並且在多軸工具機為軸向互補多軸工具機之實施例中，可將一組軸向互補致動器命令輸出至包括旋轉致動器之一組軸向互補致動器，以補償旋轉致動器之有限頻寬能力。例如，一組軸向互補致動器命令可包括：軸向互補旋轉致動器命令，其具有不超出旋轉致動器之臨限 頻率的頻率內容；以及至少一個軸向互補線性致動器命令。軸向互補旋轉致動器命令可被輸出至旋轉致動器，並且至少一個軸向互補線性致動器命令可被輸出至一或多個對應的線性致動器(亦即，與旋轉致動器處於同一組軸向互補致動器中)。
可以任何適合的方式產生該組軸向互補致動器命令。例如，可藉由處理自電腦檔案或電腦程式獲得或以其他方式導出之旋轉致動器命令(例如，描述沿著諸如B軸之單個旋轉軸的位置或移動)來產生該組軸向互補致動器命令，如以上所論述。在此情況下，此種旋轉致動器命令亦被稱為「旋轉致動器命令」，並且具有跨過初步頻率範圍之頻率內容。初步頻率範圍可包括在一或多個頻率下的不可忽略頻率內容，該頻率內容超出旋轉致動器之臨限頻率。初步旋轉致動器命令可經處理來產生一組軸向互補致動器命令，該組軸向互補致動器命令包括至少一個軸向互補旋轉致動器命令及至少一個軸向互補線性致動器命令。
在一些實施例中，對初步旋轉致動器命令之處理可包括：藉由根據一或多個適合的演算法修改初步旋轉致動器命令(或自初步旋轉致動器命令導出之另一命令)，將一或多個適合的濾波器應用於初步旋轉致動器命令(或自初步旋轉致動器命令導出之另一命令)；藉由整數倍降低取樣初步旋轉致動器命令(或自初步旋轉致動器命令導出之另一命令)，將一或多個低階內插應用於初步旋轉致動器命令(或自初步旋轉致動器命令導出之另一命令)等等或其任何組合。適合的濾波器之實例包括數位濾波器、低通濾波器、巴特沃斯濾波器等等或其任何組合。適合的演算法之實例包括自動迴歸移動平均演算法等等。
II.控制具有軸向互補致動器及冗餘線性致動器之多軸工具機
圖1為示意性地例示用於控制多軸工具機之控制系統100的方塊圖，根據一個實施例，該多軸工具機包括相對低頻寬X軸致動器102、相對低頻寬Y軸致動器104、相對低頻寬Z軸致動器106、相對高頻寬X軸致動器108、相對高頻寬Y軸致動器110、相對高頻寬Z軸致動器112、B軸致動器114及C軸致動器116。在118處例示了例示本文所論述之軸之間的空間關係之圖例。
相對低頻寬X軸致動器102及相對高頻寬X軸致動器108分別構成一組冗餘致動器(亦即，一組冗餘X軸致動器)。同樣，分別由每一對相對低頻寬Y軸致動器104及相對高頻寬Y軸致動器110構成一組冗餘致動器(亦即，一組冗餘Y軸致動器)，並且分別由相對低頻寬Z軸致動器106及相對高頻寬Z軸致動器112構成一組冗餘致動器(亦即，一組冗餘Z軸致動器)。雖然所例示實施例描述具有由僅兩個線性致動器構成之一組冗餘線性致動器的多軸工具機，但應瞭解，多軸工具機可進一步配備有一或多個額外的線性致動器，該或該等線性致動器經佈置或組配來賦予沿著X軸、Y軸及Z軸中之任一者的移動，以使得任何一組冗餘致動器可包括三個或三個以上線性致動器。
在一個實施例中，任何組冗餘致動器內之致動器均不附接至同一組冗餘致動器中之另一致動器，或藉由同一組冗餘致動器中之另一致動器使其移動。例如，相對高頻寬X軸致動器108既不附接至相對低頻寬X軸致動器102，也不藉由相對低頻寬X軸致動器102使其移動。然而，在另一實施例中，一組冗餘致動器內之至少一個致動器可附接至同一組冗餘致 動器中之另一致動器，且藉由同一組冗餘致動器中之另一致動器使其移動。在此種實施例中，一組冗餘致動器中之相對低頻寬致動器可移動該組冗餘致動器中之相對高頻寬致動器，或可藉由該組冗餘致動器中之相對高頻寬致動器使其移動。
在一個實施例中，與該組冗餘X軸致動器內之一或多個致動器及/或該組冗餘Z軸致動器內之一或多個一起考慮，B軸致動器114構成一組軸向互補致動器。在另一實施例中，與該組冗餘X軸致動器內之一或多個致動器及/或該組冗餘Y軸致動器內之一或多個一起考慮，C軸致動器116構成一組軸向互補致動器。在又一個實施例中，與該組冗餘X軸致動器內之一或多個致動器、該組冗餘Y軸致動器內之一或多個致動器及/或該組冗餘Z軸致動器內之一或多個一起考慮，B軸致動器114及C軸致動器116構成一組軸向互補致動器。
在所例示之實施例中，多軸工具機不包括任何A軸致動器。然而，應意識到，多軸工具機可包括A軸致動器，並且本文所論述之實施例可適於控制如本文所論述之A軸致動器。
A.關於工件定位總成之實施例
在一個實施例中，可將相對低頻寬X軸致動器102、相對低頻寬Y軸致動器104、相對低頻寬Z軸致動器106、B軸致動器114及C軸致動器116併入為「工件定位總成」之部分，該工件定位總成經組配來同時或不同時沿著X軸、Y軸、Z軸、B軸、C軸或其任何組合定位或以其他方式移動工件。例如，相對低頻寬X軸致動器102、相對低頻寬Y軸致動器104、相對低頻寬Z軸致動器106、B軸致動器114及C軸致動器116中 之每一者可包括一或多個組件(例如，級、夾具、卡盤、軌道、軸承、托架、夾鉗、繫帶、螺栓、螺桿、銷、擋圈、繫結件等，未展示)以准許此類致動器中之一或多者安裝至彼此或以其他方式彼此機械耦接。在此情況下，相對低頻寬Z軸致動器106可安裝於相對低頻寬X軸致動器102上(例如，以便可由相對低頻寬X軸致動器102移動)，相對低頻寬Y軸致動器104可安裝於相對低頻寬Z軸致動器106上(例如，以便可由相對低頻寬Z軸致動器106、相對低頻寬X軸致動器102或其任何組合移動)，B軸致動器114可安裝於相對低頻寬Y軸致動器104上(例如，以便可由相對低頻寬Y軸致動器104、相對低頻寬Z軸致動器106、相對低頻寬X軸致動器102或其任何組合移動)，並且C軸致動器116可安裝於B軸致動器114上(例如，以便可由B軸致動器114、相對低頻寬Y軸致動器104、相對低頻寬Z軸致動器106、相對低頻寬X軸致動器102或其任何組合移動)。圖2示意性地例示工件定位總成(例如，工件定位總成200)中之致動器之示例性佈置，如以上所論述。然而，在其他實施例中，可以任何其他適合的或合乎需要的方式不同地佈置工件定位總成內之致動器中之一或多者。亦應意識到，若適合或另外需要，可自工件定位總成省略相對低頻寬X軸致動器102、相對低頻寬Y軸致動器104、相對低頻寬Z軸致動器106、B軸致動器114及C軸致動器116中之一或多者。
鑒於以上情況，應意識到，可將相對低頻寬X軸致動器102、相對低頻寬Y軸致動器104、相對低頻寬Z軸致動器106、B軸致動器114及C軸致動器116中之每一者提供為一或多個級(例如，直接驅動級、導螺桿級、滾珠螺桿級、皮帶驅動級等)，該或該等級各自藉由一或多個液壓缸、 一或多個氣壓缸、一或多個伺服馬達、一或多個語音線圈致動器、一或多個壓電致動器、一或多個電致伸縮元件等等或其任何組合來驅動。此外，相對低頻寬X軸致動器102、相對低頻寬Y軸致動器104、相對低頻寬Z軸致動器106、B軸致動器114及C軸致動器116中之任一者可經組配來提供連續或步進(遞增)運動。
工件夾具(未展示)可機械耦接至工件定位總成(例如，在相對低頻寬C軸致動器116處)，以便以任何適合或所要方式對工件進行固持、保持、攜帶等。相應地，工件可經由夾具耦接至工件定位總成。可將工件夾具提供為一或多個卡盤或其他夾鉗、夾子或其他緊固裝置(例如，螺栓、螺桿、銷、擋圈、繫帶、繫結件等)，工件可夾緊、固定、固持、緊固或以其他方式支撐至該或該等卡盤或其他夾鉗、夾子或其他緊固裝置。
B.關於工具尖定位總成之實施例
在一個實施例中，相對高頻寬X軸致動器108、相對高頻寬Y軸致動器110及相對高頻寬Z軸致動器112可併入於「工具尖定位總成」內，該工具尖定位總成經組配來同時或不同時沿著X軸、Y軸、Z軸或其任何組合定位或以其他方式移動與多軸工具機相關聯之工具尖。然而，應意識到，若適合或另外需要，可自工具尖定位總成省略相對高頻寬X軸致動器108、相對高頻寬Y軸致動器110及相對高頻寬Z軸致動器112中之一或多者。一般而言，且取決於用來實現對工件之處理的機構(亦即，將要使用之「工具」)，工具尖定位總成可表徵為「串聯工具尖定位總成」、「並聯工具尖定位總成」或「混合工具尖定位總成」(例如，組合了串聯工具尖定位總成及並聯工具尖定位總成所特有之特性)。
i.關於串聯工具尖定位總成之實施例
在一個實施例中，當將要使用之工具為機械結構(例如，刳刨機刀頭、鑽頭、工具刀頭、磨碎刀頭、刀片等)時，可採用串聯工具尖定位總成。在串聯工具尖定位總成內，相對高頻寬X軸致動器108、相對高頻寬Y軸致動器110及相對高頻寬Z軸致動器112中之每一者可包括一或多個組件(例如，級、夾具、卡盤、軌道、軸承、托架、夾鉗、繫帶、螺栓、螺桿、銷、擋圈、繫結件等，未展示)以准許此類致動器中之一或多者安裝至彼此或以其他方式彼此機械耦接。在此情況下，相對高頻寬Y軸致動器110可安裝於相對高頻寬X軸致動器108上(例如，以便可由相對高頻寬X軸致動器108移動)，並且相對高頻寬Z軸致動器112可安裝於相對高頻寬Y軸致動器110上(例如，以便可由相對高頻寬Y軸致動器110、相對高頻寬X軸致動器108或其任何組合移動)。然而，在其他實施例中，可以任何其他適合的或合乎需要的方式不同地佈置串聯工具尖定位總成內之致動器中之一或多者。當將要使用之工具包括機械結構(例如，刳刨機刀頭、鑽頭、工具刀頭、磨碎刀頭、刀片等)時，通常採用串聯工具尖定位總成。當將要使用之工具包括自例如噴嘴、噴頭等噴出之物質(例如，水、空氣、砂或其他研磨顆粒、油漆、金屬粉末等等或其任何組合)之串流或射流時，亦可採用串聯工具尖定位總成。
鑒於以上情況，應意識到，可將串聯工具尖定位總成中之相對高頻寬X軸致動器108、相對高頻寬Y軸致動器110及相對高頻寬Z軸致動器112中之每一者提供為一或多個線性級(例如，直接驅動級、導螺桿級、滾珠螺桿級、皮帶驅動級等)，該或該等級各自藉由一或多個液壓缸、 一或多個氣壓缸、一或多個伺服馬達、一或多個語音線圈致動器、一或多個壓電致動器、一或多個電致伸縮元件等等或其任何組合來驅動。此外，串聯工具尖定位總成中之相對高頻寬X軸致動器108、相對高頻寬Y軸致動器110及相對高頻寬Z軸致動器112中之任一者可經組配來提供連續或步進(遞增)運動。
工具夾具(未展示)可機械耦接至串聯工具尖定位總成(例如，在相對高頻寬Z軸致動器112處)，以便以任何適合或所要方式對機械結構(例如，刳刨機刀頭、鑽頭、工具刀頭、磨碎刀頭、刀片等)進行固持、保持、攜帶等。相應地，機械結構可經由工具夾具耦接至串聯工具尖定位總成，該工具夾具可提供為一或多個卡盤或其他夾鉗、夾持件或其他緊固裝置(例如，螺栓、螺桿、銷、擋圈、繫帶、繫結件等)。若將要使用之工具包括物質(例如，如此項技術中已知的，由水源、空氣源、砂源、顆粒源、油漆源、粉末源等等或其任何組合所提供之水、空氣、砂或其他研磨顆粒、油漆、金屬粉末等等或其任何組合)之串流或射流，則噴出串流或射流之噴嘴、噴頭等可表徵為工具夾具。
ii.關於並聯工具尖定位總成之實施例
在一個實施例中，當將要使用之工具為所引導能量束等時，可採用並聯工具尖定位總成。在並聯工具尖定位總成內，相對高頻寬X軸致動器108、相對高頻寬Y軸致動器110及相對高頻寬Z軸致動器112中之一或多者的本質及組態將取決於將要使用之工具。
例如，若將要使用之工具為電子束或離子束(例如，如此項技術中已知的，由電子源或離子源產生，未展示)，則可將相對高頻寬X軸 致動器108、相對高頻寬Y軸致動器110及相對高頻寬Z軸致動器112提供為再一個磁透鏡、圓柱透鏡、單透鏡、四極透鏡、多極透鏡等等或其任何組合。
在另一實例中，若將要使用之工具為雷射光(例如，如此項技術中已知的，表現為由一或多個雷射源所產生之一系列脈衝、連續或擬連續雷射光束或其任何組合)，則可將相對高頻寬X軸致動器108及相對高頻寬Y軸致動器110中之每一者提供為電流計驅動鏡系統、快速轉向鏡系統(例如，由語音線圈馬達、壓電致動器、電致伸縮致動器、磁致伸縮致動器等致動之鏡)、微機電系統(MEMS)鏡系統、自適應光學(AO)系統、電光偏轉器(EOD)系統、聲光偏轉器(AOD)系統(例如，經佈置及組配來回應於所施加RF信號而沿著諸如X軸或Y軸之軸繞射雷射光)等等或其任何組合。若將工具提供為聚焦雷射光束(在此情況下，「工具尖」為聚焦光束之具有足夠高通量來處理工件之區域)，則可將相對高頻寬Z軸致動器112提供為：一或多個AOD系統(例如，經佈置及組配來回應於一或多個所施加啾頻RF信號而沿著諸如X軸及Y軸之兩個軸繞射雷射光)；固定焦距透鏡，其設置於雷射光傳播之路徑(亦即，「傳播路徑」)中，該固定焦距透鏡耦接至致動器(例如，語音線圈)，該致動器經組配來使透鏡沿著傳播路徑移動；可變焦距透鏡(例如，變焦透鏡，或併入當前由COGNEX、VARIOPTIC等提供之技術的所謂「液體透鏡」)，其設置於傳播路徑中；等等或其任何組合。
圖3示意性地例示並聯工具尖定位總成之一個實施例，該並聯工具尖定位總成經組配來定位或以其他方式移動與聚焦雷射光束相關聯之工具尖。參考圖3，並聯工具尖定位總成300視需要包括掃描透鏡302(例 如，f-θ透鏡、遠心透鏡、錐透鏡等)，該掃描透鏡經組配來聚焦沿著傳播路徑304傳播之雷射光束，該雷射光束已藉由第一電流計驅動鏡系統(此處提供為相對高頻寬X軸致動器108)及第二電流計驅動鏡系統(此處提供為相對高頻寬Y軸致動器110)偏轉。如所例示，第一電流計驅動鏡系統包括耦接至馬達308a(例如，經由軸桿)之鏡306a，該馬達經組配來使鏡306a繞Y軸旋轉(例如，以便准許雷射光束沿著X軸偏轉)。類似地，第二電流計驅動鏡系統包括耦接至馬達308b(例如，經由軸桿)之鏡306b，該馬達經組配來使鏡306b繞X軸旋轉(例如，以便准許雷射光束沿著Y軸偏轉)。並聯工具尖定位總成300亦可包括耦接至致動器(例如，語音線圈，未展示)之透鏡來作為相對高頻寬Z軸致動器112，該致動器經組配來使透鏡在由310處的雙箭頭所指示之方向上沿著傳播路徑304移動。
在一些情況下，由相對高頻寬X軸致動器108、相對高頻寬Y軸致動器110及相對高頻寬Z軸致動器112中之兩者或兩者以上所提供之功能可由相同系統提供。例如，諸如快速轉向鏡系統、MEMS鏡系統、AO系統等之系統可經驅動來沿著X軸及Y軸偏轉雷射光。諸如MEMS鏡系統、AO系統及一對AOD系統(例如，一個AOD系統經佈置及組配來沿著X軸繞射雷射光，且另一AOD系統經佈置及組配來沿著Y軸繞射雷射光)之系統可經驅動來沿著X軸及Y軸偏轉雷射光，並且改變在加工區域處由雷射光照射之光點的尺寸(因此有效地改變在處理期間遞送至工件之聚焦雷射光束腰沿著Z軸之位置)。因此，取決於提供及驅動此類系統之方式，可將此類系統表徵為相對高頻寬X軸致動器108、相對高頻寬Y軸致動器110、相對高頻寬Z軸致動器112或其任何組合。
iii.關於混合工具尖定位總成之實施例
在一個實施例中，當將要使用之工具為所引導能量束等時，可採用混合工具尖定位總成。例如，當提供為諸如電流計驅動鏡系統、快速轉向鏡系統(例如，由語音線圈馬達、壓電致動器、電致伸縮致動器、磁致伸縮致動器等致動之鏡)、MEMS鏡系統、AO系統、EOD系統、AOD系統等之系統時，相對高頻寬X軸致動器108及/或相對高頻寬Y軸致動器110可安裝至或以其他方式機械耦接至相對高頻寬Z軸致動器112(例如，以便可由相對高頻寬Z軸致動器112移動)。在此實例中，可將相對高頻寬Z軸致動器112提供為一或多個級(例如，直接驅動級、導螺桿級、滾珠螺桿級、皮帶驅動級等)，該或該等級各自藉由一或多個液壓缸、一或多個氣壓缸、一或多個伺服馬達、一或多個語音線圈致動器、一或多個壓電致動器、一或多個電致伸縮元件等等或其任何組合來驅動。
在另一實例中，當提供為諸如MEMS鏡系統、AO系統、一對AOD系統等之系統時，相對高頻寬Z軸致動器112可安裝至或以其他方式機械耦接至相對高頻寬X軸致動器108及相對高頻寬Y軸致動器110中之一者，該一者又可安裝至或以其他方式機械耦接至相對高頻寬X軸致動器108及相對高頻寬Y軸致動器110中之另一者。在此實例中，可將相對高頻寬X軸致動器108及相對高頻寬Y軸致動器110中之每一者提供為一或多個級(例如，直接驅動級、導螺桿級、滾珠螺桿級、皮帶驅動級等)，該或該等級各自藉由一或多個液壓缸、一或多個氣壓缸、一或多個伺服馬達、一或多個語音線圈致動器、一或多個壓電致動器、一或多個電致伸縮元件等等或其任何組合來驅動。
C.關於工件及工具尖定位總成之額外注解
儘管為以上情況，應意識到，以上描述為併入於工件定位總成內(例如，以定位及/或移動工件)之相對低頻寬致動器中之任一者可另外或替代地併入為工具尖定位總成之部分(例如，以定位及/或移動工具尖)。此外，並且儘管為以上情況，應意識到，在一些實施例中，工件定位總成可提供為業內當前可用之任何5軸工件定位/移動總成，諸如在由GF MACHINING SOLUTIONS MANAGEMENT SA所提供之AGIECHARMILLES雷射產品線、由MICROLUTION INC.所提供之MICROLUTION ML-D、由DMG MORI AKIENGESELLSHAFT/DMG MORI COMPANY LIMITED所提供之LASERTEC產品線中找到之5軸工件定位/移動總成。在一個實施例中，可如前述美國專利案第8,392,002號之圖4A至圖4C中所描述來提供工件定位總成。同樣，並且儘管為以上情況，應意識到，在一些實施例中，工具尖定位總成可提供為業內當前可用之任何雷射掃描或聚焦總成，諸如在由CAMBRIDGE TECHNOLOGY所提供之3軸掃描系統、由RAYLASE所提供之MINISCAN、SUPERSCAN、AXIALSCAN及FOCUSSHIFER產品線、由KEYENCE CORP.所提供之MD系列3軸混合雷射標記器產品線、由ARGES GmbH所提供之WOMBAT、ANTEATER、ELEPHANT、PRECESSION ELEPHANT及PRECESSION ELEPHANT 2系列掃描頭、由DMG MORI AKIENGESELLSHAFT/DMG MORI COMPANY LIMITED所提供之LASERTEC產品線中找到之雷射掃描或聚焦總成。此外，並且儘管為以上情況，應意識到，在一些實施例中，可如美國專利案第8,121,717號或國際專利公開案第WO 2014/009150 A1號(該等專利案中之每一者以全文引用方 式併入本文中)中之任一者中所描述，或如前述美國專利案第8,392,002號之圖5A至圖5C中所描述來提供工具尖定位總成。
以上已示例性地描述了多軸工具機之一個實施例的某些組件，現在參考圖1更詳細地論述由控制系統100實施之用於處理及產生致動器命令來控制多軸工具機之演算法。
D.關於致動器命令之處理的實施例
參考圖1，控制系統100接收初步致動器命令(例如，自電腦文件或電腦程式獲得或以其他方式導出，如以上所論述)。如所示，初步致動器命令包括初步線性致動器命令：初步X軸致動器命令(亦即，X_prelim.)、初步Y軸致動器命令(亦即，Y_prelim)及初步Z軸致動器命令(亦即，Z_prelim.)；以及初步旋轉致動器命令：初步B軸致動器命令(亦即，B_prelim.)及初步C軸致動器命令(亦即，C_prelim.)。在一個實施例中，初步致動器命令中之至少一者將具有超出對應相對低頻寬致動器之臨限頻率的不可忽略頻率內容。例如，初步X軸致動器命令(亦即，X_prelim.)可具有超出對應相對低頻寬X軸致動器102之臨限頻率的不可忽略頻率內容，初步Y軸致動器命令(亦即，Y_prelim.)可具有超出對應相對低頻寬Y軸致動器104之臨限頻率的不可忽略頻率內容，初步Z軸致動器命令(亦即，Z_prelim.)可具有超出對應相對低頻寬Z軸致動器106之臨限頻率的不可忽略頻率內容，初步B軸致動器命令(亦即，B_prelim.)可具有超出對應相對低頻寬B軸致動器114之臨限頻率的不可忽略頻率內容，初步C軸致動器命令(亦即，C_prelim.)可具有超出對應相對低頻寬C軸致動器116之臨限頻率的不可忽略頻率內容，或其任何組合。然而，應意識到，任何或所有前述初步致動器命令可 具有處於或低於對應相對低頻寬致動器之臨限頻率的不可忽略頻率內容。
可處理初步致動器命令來產生第一組中間線性致動器命令。例如，將反向運動變換118應用於初步X軸致動器命令(亦即，X_prelim.)、初步Y軸致動器命令(亦即，Y_prelim.)、初步Z軸致動器命令(亦即，Z_prelim.)、初步B軸致動器命令(亦即，B_prelim.)及初步C軸致動器命令(亦即，C_prelim.)來產生第一組中間線性致動器命令。第一組中間線性致動器命令包括第一中間X軸致動器命令(亦即，X0)、第一中間Y軸致動器命令(亦即，Y0)及第一中間Z軸致動器命令(亦即，Z0)。可根據以下方程式應用反向運動變換：
如以上方程式中所示，反向運動變換計算在固定參考旋轉位置處之第一組中間線性致動器命令。在以上給出之實例中，固定參考旋轉位置為0度。
初步旋轉致動器命令(例如，初步B軸致動器命令B_prelim.及初步C軸致動器命令C_prelim.)經受處理級120來產生一或多個經處理之旋轉致動器命令。在所例示之實施例中，B_low表示經處理之B軸致動器命令，且C_low表示經處理之C軸致動器命令，兩者均在處理級120處產生。在處理級120處，初步旋轉致動器命令可經受一或多個過程，該或該等過程例如包括：將一或多個適合的濾波器應用於初步旋轉致動器命令，根據 一或多個適合的演算法修改初步旋轉致動器命令，整數倍降低取樣初步旋轉致動器命令，將一或多個低階內插應用於初步旋轉致動器命令等等或其任何組合。適合的濾波器之實例包括數位濾波器、低通濾波器、巴特沃斯濾波器等等或其任何組合。適合的演算法之實例包括自動迴歸移動平均演算法等等。經處理之旋轉致動器命令對應於初步旋轉致動器命令，但不具有任何(或僅具有可忽略量的)超出對應旋轉致動器之臨限頻率的頻率內容。因此，經處理之B軸致動器命令(亦即，B_low)不具有任何(或僅具有可忽略量的)超出相對低頻寬B軸致動器114之臨限頻率的頻率內容，經處理之C軸致動器命令(亦即，C_low)不具有任何(或僅具有可忽略量的)超出相對低頻寬C軸致動器116之臨限頻率的頻率內容等。如本文所使用，上述經處理之旋轉致動器命令中之每一者在本文中亦稱為「低頻率內容旋轉致動器命令」，或更一般而言，稱為「低頻率內容致動器命令」。
處理第一組中間線性致動器命令及經處理之旋轉命令來產生第二組中間線性致動器命令。例如，將正向運動變換122應用於第一中間X軸致動器命令(亦即，X0)、第一中間Y軸致動器命令(亦即，Y0)、第一中間Z軸致動器命令(亦即，Z0)、經處理之B軸致動器命令(亦即，B_low)及經處理之C軸致動器命令(亦即，C_low)，以產生第二組中間線性致動器命令。第二組中間線性致動器命令包括第二中間X軸致動器命令(亦即，X1)、第二中間Y軸致動器命令(亦即，Y1)及第二中間Z軸致動器命令(亦即，Z1)。可根據以下方程式應用正向運動變換：
第二組中間線性致動器命令(例如，第二中間X軸致動器命令X1、第二中間Y軸致動器命令Y1及第二中間Z軸致動器命令Z1)經受處理級124來產生第一組經處理之線性致動器命令。第一組經處理之線性致動器命令可包括低頻率內容X軸致動器命令(亦即，X_low)、低頻率內容Y軸致動器命令(亦即，Y_low)及低頻率內容Z軸致動器命令(亦即，Z_low)。在處理級124處，第二中間線性致動器命令可經受一或多個過程，該或該等過程例如包括：將一或多個適合的濾波器應用於第二中間線性致動器命令，根據一或多個適合的演算法修改第二中間線性致動器命令，整數倍降低取樣第二中間線性致動器命令，將一或多個低階內插應用於第二中間線性致動器命令等等或其任何組合。適合的濾波器之實例包括數位濾波器、低通濾波器、巴特沃斯濾波器等等或其任何組合。適合的演算法之實例包括自動迴歸移動平均演算法等等。經處理之線性致動器命令對應於初步線性致動器命令，但不具有(或僅具有可忽略量的)超出對應線性致動器之臨限頻率的任何頻率內容。因此，低頻率內容X軸致動器命令(亦即，X_low)不具有任何(或僅具有可忽略量的)超出相對低頻寬X軸致動器102之臨限頻率的頻率內容，低頻率內容Y軸致動器命令(亦即，Y_low)不具有任何(或僅具有可忽略量的)超出相對低頻寬Y軸致動器104之臨限頻率的頻率內容，並且低頻率內容Z軸致動器命令(亦即，Z_low)不具有任何(或僅具有可忽略量的)超出相對低頻寬Z軸致動器106之臨限頻率的頻率內容。
自第二組中間線性致動器命令中之對應致動器命令減去低頻率內容線性致動器命令(例如，X_low、Y_low及Z_low)來產生第二組經處理之線性致動器命令。第二組經處理之線性致動器命令可包括高頻率內容X 軸致動器命令(亦即，X_high)、高頻率內容Y軸致動器命令(亦即，Y_high)及高頻率內容Z軸致動器命令(亦即，Z_high)。例如，可自第二中間X軸致動器命令(亦即，X1)減去低頻率內容X軸致動器命令(亦即，X_low)來產生高頻率內容X軸致動器命令(亦即X_high)，可自第二中間Y軸致動器命令(亦即，Y1)減去低頻率內容Y軸致動器命令(亦即，Y_low)來產生高頻率內容Y軸致動器命令(亦即Y_high)，並且可自第二中間Z軸致動器命令(亦即，Z1)減去低頻率內容Z軸致動器命令(亦即，Z_low)來產生高頻率內容Z軸致動器命令(亦即Z_high)。以上所論述之減法可在求和器126處實施，該求和器可以此技術中已知之任何適合或所要方式實施。通常，高頻率內容X軸致動器命令(亦即，X_high)之頻率內容超出相對低頻寬X軸致動器102之臨限頻率，但處於或低於相對高頻寬X軸致動器108之臨限頻率。同樣，高頻率內容Y軸致動器命令(亦即，Y_high)之頻率內容超出相對低頻寬Y軸致動器104之臨限頻率，但處於或低於相對高頻寬Y軸致動器110之臨限頻率；並且高頻率內容Z軸致動器命令(亦即，Z_high)之頻率內容超出相對低頻寬Z軸致動器106之臨限頻率，但處於或低於相對高頻寬Z軸致動器112之臨限頻率。
最終，並且如所示，將低頻率內容X軸致動器命令(亦即，X_low)、低頻率內容Y軸致動器命令(亦即，Y_low)、低頻率內容Z軸致動器命令(亦即，Z_low)、高頻率內容X軸致動器命令(亦即，X_high)、高頻率內容Y軸致動器命令(亦即，Y_high)、高頻率內容Z軸致動器命令(亦即，Z_high)、低頻率內容B軸致動器命令(亦即，B_low)及低頻率內容C軸致動器命令(亦即，C_low)分別輸出至相對低頻寬X軸致動器102、相對低頻寬Y 軸致動器104、相對低頻寬Z軸致動器106、相對高頻寬X軸致動器108、相對高頻寬Y軸致動器110、相對高頻寬Z軸致動器112、B軸致動器114及C軸致動器116。
雖然未例示，但控制系統100可包括一或多個延遲緩衝器，用來補償由低頻率內容X軸致動器命令(亦即，X_low)、低頻率內容Y軸致動器命令(亦即，Y_low)、低頻率內容Z軸致動器命令(亦即，Z_low)、高頻率內容X軸致動器命令(亦即，X_high)、高頻率內容Y軸致動器命令(亦即，Y_high)、高頻率內容Z軸致動器命令(亦即，Z_high)、低頻率內容B軸致動器命令(亦即，B_low)及低頻率內容C軸致動器命令(亦即，C_low)之產生及/或此等致動器命令中之任一者至其相應致動器之輸出所引起的任何處理或傳輸延遲，以使得可以同步化方式或以其他方式協調之方式輸出該等致動器命令。在以同步化方式或以其他方式協調之方式輸出致動器命令後，致動器基本上以類似同步化方式或以其他方式協調之方式作出反應或回應，以便以沿著匹配或以其他方式對應於所要軌跡之路徑來移動加工區域之方式賦予工具尖與工件之間的相對移動。
一般而言，控制系統100可由一或多個控制器實施，該或該等控制器可通信地耦接(例如，經由一或多個有線或無線通信鏈路，諸如USB、乙太網路、Firewire、Wi-Fi、RFID、NFC、藍芽、Li-Fi等等或其任何組合)至多軸工具機之一或多個組件(例如，前述致動器中之一或多者、控制或以其他方式影響工具之操作的一或多個組件等等或其任何組合)。一般而言，控制器可表徵為包括一或多個處理器，該或該等處理器經組配來在執行指令後處理及產生前述致動器命令。處理器可提供為經組配來執行指令 之可程式化處理器(例如，包括一或多個通用電腦處理器、微處理器、數位信號處理器等等或其任何組合)。可由(數個)處理器執行之指令可實施於軟體、韌體等中，或實施於任何適合形式的電路中，該電路包括可程式化邏輯裝置(PLD)、現場可程式化閘陣列(FPGA)、現場可程式化物件陣列(FPOA)、特殊應用積體電路(ASIC)(包括數位電路、類比電路及混合類比/數位電路)等等或其任何組合。指令之執行可在一個處理器上進行，分散在處理器之間，跨裝置內之處理器或跨裝置之網路並行地進行等等或其任何組合。在一個實施例中，控制器包括諸如電腦記憶體之有形媒體，該電腦記憶體可由處理器存取(例如，經由一或多個有線或無線通信鏈路)。如本文所使用，「電腦記憶體」包括磁性媒體(例如，磁帶、硬碟機等)、光碟、依電性或非依電性半導體記憶體(例如，RAM、ROM、NAND型快閃記憶體、NOR型快閃記憶體、SONOS記憶體等)等，且可在本地存取、在遠端存取(例如，跨網路)或其組合。一般而言，指令可儲存為電腦軟體(例如，可執行程式碼、檔案、指令等，程式庫檔案等)，該等電腦軟體可由技術人員根據本文所提供之描述容易地編寫，例如，用C、C++、Visual Basic，Java、Python、Tel、Perl，Scheme、Ruby等撰寫。電腦軟體通常儲存於由電腦記憶體傳達之一或多個資料結構中。
雖然未展示，但一或多個驅動器(例如，RF驅動器、伺服驅動器、線驅動器、電源等)可通信地耦接至前述致動器中之一或多者、控制或以其他方式影響工具之操作的一或多個組件等等或其任何組合的輸入端。每一驅動器通常包括輸入端，控制器可通信地耦接至該輸入端。因此，控制器可操作來產生一或多個控制信號(例如，致動器命令、工具控制命令 等)，該等控制信號可傳輸至與多軸工具機之一或多個組件相關聯的一或多個驅動器之(數個)輸入端。接收控制信號後，驅動器通常使電流供應至其所耦接至之組件(例如、致動器、工具等)，以便操作該組件且產生對應於命令信號之效果。因此，諸如前述致動器、工具等之組件回應於由控制器產生及輸出之命令信號(例如，致動器命令、工具控制命令等)。
鑒於以上情況，應瞭解，控制系統100可用來連續地提供多軸工具機之相對低頻寬致動器(例如，具有相對大的運動範圍)及相對高頻寬致動器(例如，具有相對小的運動範圍)之同步化且協調的操作，來相對於工件定位或以其他方式移動加工區域(例如以準確且可靠地對應於所要軌跡之方式)。雖然控制系統100可相對於工件準確地定位加工區域(例如，根據所要軌跡)，但在工件處理期間的任何點處最終表現出之加工角度有可能偏離參考加工角度(例如，由軌跡明確地或隱含地指定)。一般而言，若高頻率內容線性致動器命令具有超出旋轉致動器之臨限頻率的頻率內容，該旋轉致動器並非一組冗餘旋轉致動器之部分，則加工角度之偏差出現。然而，可在工件處理期間預先計算(例如，基於多軸工具機中之致動器的特性、基於所要軌跡等)並且補償(完全地或部分地)此類加工角度偏差(例如，藉由調整加工區域相對於工件移動之速度、藉由調整處理級120及124中之一或多者處的處理)。
III.控制具有軸向互補致動器及冗餘旋轉致動器之多軸工具機
圖4為示意性地例示用於控制多軸工具機之控制系統400的方塊圖，根據一個實施例，該多軸工具機包括致動器，諸如以上關於圖1至圖3示例性地論述之致動器。然而，在當前實施例中，多軸工具機可另 外包括B軸致動器402、C軸致動器404或B軸致動器402及C軸致動器404。B軸致動器402之臨限頻率高於B軸致動器114之臨限頻率。相應地，B軸致動器114在本文中亦可稱為「相對低頻寬B軸致動器」，且B軸致動器402在本文中亦可稱為「相對高頻寬B軸致動器」。同樣，C軸致動器404之臨限頻率高於C軸致動器116之臨限頻率。相應地，C軸致動器116在本文中亦可稱為「相對低頻寬C軸致動器」，且C軸致動器404在本文中亦可稱為「相對高頻寬B軸致動器」。
相對低頻寬B軸致動器114及相對高頻寬B軸致動器402分別構成一組冗餘致動器(亦即，一組冗餘B軸致動器)。同樣，分別由每一對相對低頻寬C軸致動器116及相對高頻寬C軸致動器404構成一組冗餘致動器(亦即，一組冗餘C軸致動器)。雖然所例示實施例描述具有由僅兩個旋轉致動器構成之一組冗餘致動器的多軸工具機，但應瞭解，多軸工具機可進一步配備有一或多個額外的旋轉致動器，該或該等旋轉致動器經佈置或組配來賦予沿著B軸或C軸中之任一者的移動，以使得任何一組冗餘致動器可包括三個或三個以上旋轉致動器。
在一個實施例中，與該組冗餘X軸致動器內之一或多個致動器及/或該組冗餘Z軸致動器內之一或多個一起考慮，相對高頻寬B軸致動器402構成一組軸向互補致動器。在另一實施例中，與該組冗餘X軸致動器內之一或多個致動器及/或該組冗餘Y軸致動器內之一或多個一起考慮，相對高頻寬C軸致動器404構成一組軸向互補致動器。在又一個實施例中，與該組冗餘X軸致動器內之一或多個致動器、該組冗餘Y軸致動器內之一或多個致動器及/或該組冗餘Z軸致動器內之一或多個一起考慮，相 對高頻寬B軸致動器402及相對高頻寬C軸致動器404分別構成一組軸向互補致動器。
A.關於工具尖定位總成之實施例
在一個實施例中，相對高頻寬B軸致動器402及相對高頻寬C軸致動器404中之一或兩者可併入於工具尖定位總成內，如以上示例性地描述，以使得所得工具尖定位總成可經組配來同時或不同時沿著除X軸、Y軸，Z軸或其任何組合之外的B軸及/或C軸定位或以其他方式移動與多軸工具機相關聯之工具尖。然而，應意識到，若適合或另外需要，可自工具尖定位總成省略相對高頻寬X軸致動器108、相對高頻寬Y軸致動器110、相對高頻寬Z軸致動器112、相對高頻寬B軸致動器402及相對高頻寬C軸致動器404中之一或多者。如以上所提及，包括相對高頻寬B軸致動器402及相對高頻寬C軸致動器404中之一或兩者的工具尖定位總成可表徵為「串聯工具尖定位總成」、「並聯工具尖定位總成」或「混合工具尖定位總成」(例如，組合了串聯工具尖定位總成及並聯工具尖定位總成所特有之特性)。
i.關於串聯工具尖定位總成之實施例
在串聯工具尖定位總成(例如，如以上所描述)內，相對高頻寬B軸致動器402及相對高頻寬C軸致動器404中之任一者可包括一或多個組件(例如，級、夾具、卡盤、軌道、軸承、托架、夾鉗、繫帶、螺栓、螺桿、銷、擋圈、繫結件等，未展示)，以准許相對高頻寬B軸致動器402及相對高頻寬C軸致動器404安裝至彼此或以其他方式機械耦接，或者安裝或以其他方式機械耦接至串聯工具尖內所包括之前述致動器中之任一 者。
串聯工具尖定位總成中之相對高頻寬B軸致動器402及相對高頻寬B軸致動器404中之每一者可提供為一或多個旋轉級(例如，直接驅動級、導螺桿級、滾珠螺桿級、皮帶驅動級等)，該或該等旋轉級各自藉由一或多個液壓缸、一或多個氣壓缸、一或多個伺服馬達、一或多個語音線圈致動器、一或多個壓電致動器、一或多個電致伸縮元件等等或其任何組合來驅動。此外，串聯工具尖定位總成中之相對高頻寬B軸致動器402及相對高頻寬C軸致動器404中之任一者可經組配來提供連續或步進(遞增)運動。
工具夾具(未展示)可在相對高頻寬Z軸致動器112(如以上所論述)處、相對高頻寬B軸致動器402處或相對高頻寬C軸致動器404處機械耦接至串聯工具尖定位總成，以便以任何適合或所要方式對機械結構(例如，刳刨機刀頭、鑽頭、工具刀頭、磨碎刀頭、刀片等)或噴出物質之串流或射流的其他結構(例如，噴嘴、噴頭等)進行固持、保持、攜帶等。
ii.關於並聯工具尖定位總成之實施例
在一個實施例中，除如以上示例性地描述之相對高頻寬X軸致動器108、相對高頻寬Y軸致動器110及相對高頻寬Z軸致動器112中之一或多者之外，並聯工具尖定位總成包括相對高頻寬C軸致動器404。在此情況下，相對高頻寬C軸致動器404之組態將取決於將要使用之工具。以下所論述之示例性實施例係關於將要使用之工具包括雷射光(例如，表現為由如此項技術中已知的一或多個雷射源所產生之一系列脈衝、連續或擬連續雷射光束或其任何組合)之實例。
當將要使用之工具為雷射光時，可引導雷射光(例如，沿著前述傳播路徑)來在加工區域處或加工區域附近照射工件之一部分。當在工件之表面上觀察時，或當在與傳播路徑之在加工區域處與工件相交之部分正交的平面中觀察時，所照射部分(亦稱為「光點」)處之雷射光的空間強度分佈可表徵為具有圓形形狀或非圓形形狀。非圓形形狀之實例包括橢圓形形狀、三角形形狀、正方形形狀、矩形形狀、不規則形狀等。圓形或非圓形光點形狀可以此技術中已知的任何適合方式使用一或多個光束修剪孔、繞射光學元件、AOD系統、稜鏡、透鏡等(其可包括為多軸工具機之一部分且設置於傳播路徑內)來產生，或可由於雷射光束在加工區域處照射工件之表面而產生，該表面為非平面的或不與傳播路徑之在加工區域處與工件相交之部分正交，或其任何組合。
鑒於以上情況，相對高頻寬C軸致動器404可在任何適合或所要位置處設置於傳播路徑中，該位置為並聯工具尖定位總成(例如，並聯工具尖定位總成300)中之相對高頻寬X軸致動器108或相對高頻寬Y軸致動器110中之任一者的光學「上游」或光學「下游」。在一個實施例中，相對高頻寬C軸致動器404可提供為微機電系統(MEMS)鏡系統、自適應光學(AO)系統或其任何組合，且經組配來以有效地改變入射雷射光束之空間強度分佈的定向之方式來改變空間強度分佈相對於傳播路徑之形狀。在另一實施例中，相對高頻寬C軸致動器404可提供為一或多個稜鏡，該或該等稜鏡可由致動器旋轉(例如，繞傳播路徑延伸所沿著之軸)或以其他方式移動，以改變空間能量分佈相對於傳播路徑之定向。在一個實施例中，可如美國專利案第6,362,454號中所描述來提供相對高頻寬C軸致動器404，該 專利案以引用方式併入本文中。在又一實施例中，相對高頻寬C軸致動器404可提供為一或多個AOD系統(例如，經佈置及組配來回應於一或多個所施加啾頻RF信號沿著諸如X軸及Y軸之兩個軸繞射雷射光)。
在一些情況下，由相對高頻寬C軸致動器404及相對高頻寬X軸致動器108、相對高頻寬Y軸致動器110及相對高頻寬Z軸致動器112中之一或多者所提供之功能可由相同系統提供。例如，諸如MEMS鏡系統、AO系統及一對AOD系統(例如，一個AOD系統經佈置及組配來沿著X軸繞射雷射光，且另一AOD系統經佈置及組配來沿著Y軸繞射雷射光)之系統可經驅動來沿著X軸及Y軸偏轉雷射光，改變在加工區域處由雷射光照射之光點的尺寸(因此有效地改變在處理期間沿著Z軸遞送至工件之聚焦雷射光束腰之定位)，並且改變在處理期間遞送至工件之聚焦雷射光束腰沿著Z軸之位置)。因此，取決於提供及驅動此類系統之方式，可將此類系統表徵為相對高頻寬X軸致動器108、相對高頻寬Y軸致動器110、相對高頻寬Z軸致動器112、相對高頻寬C軸致動器404或其任何組合。
iii.關於混合工具尖定位總成之實施例
在一個實施例中，除如以上結合串聯工具尖定位總成示例性地描述之相對高頻寬X軸致動器108、相對高頻寬Y軸致動器110、相對高頻寬Z軸致動器112及相對高頻寬C軸致動器404中之一或多者之外，混合工具尖定位總成包括相對高頻寬B軸致動器402。在此情況下，相對高頻寬B軸致動器402附接至前述致動器中之一或多者且可由前述致動器中之一或多者移動，以便可同時或不同時沿著X軸、Y軸、Z軸、C軸或其任何組合移動。應瞭解，相對高頻寬B軸致動器402之組態將取決於將要使用 之工具。以下所論述之示例性實施例係關於將要使用之工具包括雷射光(例如，表現為由如此項技術中已知的一或多個雷射源所產生之一系列脈衝、連續或擬連續雷射光束或其任何組合)的實例。當將要使用之工具為雷射光時，可引導雷射光(例如，沿著前述傳播路徑)來在加工區域處或加工區域附近照射工件之一部分。
現參考圖5，相對高頻寬B軸致動器402可包括：第一AOD系統500，其經佈置及組配來回應於所施加RF信號沿著一個軸(例如，沿著X軸)繞射雷射光；以及第二AOD系統502，其經佈置及設置在第二AOD系統502之光學「下游」，且經組配來回應於所施加RF信號沿著另一軸(例如，沿著Y軸)繞射雷射光。相對高頻寬B軸致動器402可包括額外的組件，諸如半波板501及503，以及極化光束分離器505。當受到驅動時，第一AOD系統500及第二AOD系統502可將入射雷射光束510偏轉位置或以其他方式移動至在與第一AOD系統500及第二AOD系統502相關聯之掃描範圍內的任何數目個位置(例如，如由偏轉光束512及514所指示)。諸如偏轉光束512及514之偏轉光束可由相對於入射雷射光束510所量測之偏轉角度來表徵。
相對高頻寬B軸致動器402亦可包括設置在第二AOD系統502之光學下游的一組透鏡(例如，中繼透鏡504及掃描透鏡506)。中繼透鏡504用來將任何偏轉光束(例如，偏轉光束512及514)之偏轉角度變換至掃描透鏡506上之橫向位移光束(例如，橫向位移光束512’及514’)。然後，掃描透鏡506將任何橫向位移光束(例如，橫向位移光束512’及514’)變換至遞送至工件(本文在508處例示)之入射光束(例如，入射光束512”及514”)。如所 例示，入射光束512”及514”在相同(或至少大體上相同的光點或加工區域處)，但以不同加工角度照射工件。
基於上述相對高頻寬B軸致動器402之構造，應意識到，入射雷射光束之加工角度可被改變的速度對應於第一AOD系統500及第二AOD系統502之再新率。最大角度加工角度與AOD偏轉範圍及中繼透鏡504之焦距成正比，且與掃描透鏡506之焦距成反比。可調整中繼透鏡504與掃描透鏡506之間的距離來確保不同入射光束可遞送至工件508上之相同加工區域。
B.關於工具尖定位總成之額外注解
儘管為以上情況，應意識到，以上描述為併入於工件定位總成內(例如，以定位及/或移動工件)之相對低頻寬致動器中之任一者可另外或替代地併入為工具尖定位總成之部分(例如，以定位及/或移動工具尖)，該工具尖定位總成包括相對高頻寬B軸致動器402或相對高頻寬C軸致動器404。此外，並且儘管為以上情況，應意識到，在一些實施例中，工具尖定位總成可提供為業內當前可用的任何雷射掃描或聚焦總成，諸如在由ARGES GmbH所提供之PRECESSION ELEPHANT及PRECESSION ELEPHANT 2系列掃描頭中找到之雷射掃描或聚焦總成。此外，並且儘管為以上情況，應意識到，在一些實施例中，可如國際專利公開案第WO 2014/009150 A1號中所描述來工具尖定位總成，該專利案以全文引用方式併入本文中。
C.關於致動器命令之處理的實施例
一般而言，控制系統400可藉由如關於控制系統100示例性 地描述之一或多個控制器來實施，並且除經引入來考慮相對高頻寬B軸致動器402、相對高頻寬C軸致動器404或其組合之存在的一些額外過程之外，控制系統400之操作與以上關於圖1所論述之控制系統100之操作相同。現將在以下描述此等額外的過程及操作。
自初步旋轉致動器命令(例如，初步B軸致動器命令B_prelim.及初步C軸致動器命令C_prelim.)中之對應致動器命令減去低頻率內容旋轉致動器命令(例如，B_low及C_low)來產生一或多個經進一步處理之旋轉致動器命令。例如，可自初步B軸致動器命令(亦即，B_prelim.)減去低頻率內容B軸致動器命令(亦即，B_low)來產生作為經進一步處理之旋轉致動器命令的高頻率內容B軸致動器命令(亦即，B_high)。類似地，可自初步C軸致動器命令(亦即，C_prelim.)減去低頻率內容C軸致動器命令(亦即，C_low)來產生作為經進一步處理之旋轉致動器命令的高頻率內容C軸致動器命令(亦即，C_high)。以上所論述之減法可在求和器406處實施，該求和器可以此技術中已知之任何適合或所要方式實施。通常，高頻率內容B軸致動器命令(亦即，B_high)之頻率內容超出相對低頻寬B軸致動器114之臨限頻率，但處於或低於相對高頻寬B軸致動器402之臨限頻率。同樣，高頻率內容C軸致動器命令(亦即，C_high)之頻率內容超出相對低頻寬C軸致動器116之臨限頻率，但處於或低於相對高頻寬C軸致動器404之臨限頻率。
最終，並且如所示，高頻率內容B軸致動器命令(亦即，B_high)、高頻率內容C軸致動器命令(亦即，C_high)或其任何組合被輸出至相對高頻寬B軸致動器402及相對高頻寬C軸致動器404中之相應一者。雖然未例示，但控制系統400可包括一或多個延遲緩衝器，用來補償由高 頻率內容B軸致動器命令(亦即，B_high)、高頻率內容C軸致動器命令(亦即，C_high)之產生及/或此等致動器命令中之任一者至其相應致動器之輸出所引起的任何處理或傳輸延遲，以使得可以同步化方式或以其他方式協調之方式輸出所例示致動器命令。在以同步化方式或以其他方式協調之方式輸出致動器命令後，致動器基本上以類似同步化方式或以其他方式協調之方式作出反應或回應，以便以沿著匹配或以其他方式對應於所要軌跡之路徑來移動加工區域之方式賦予工具尖與工件之間的相對移動。
前文係對本發明之實施例及實例的說明且不應被理解為對本發明之限制。雖然已參考圖式描述數個特定實施例及實例，但熟習此項技術者將容易瞭解，在不實質上脫離本發明之新穎性教示及優點的情況下，對所揭示之實施例及實例以及其他實施例之諸多修改係可能的。因此，所有此類修改意欲包括於如申請專利範圍中所界定的本發明之範疇內。例如，技藝人士將瞭解，任何句子、段落、實例或實施例之標的可與一些或所有其他句子、段落、實例或實施例之標的組合，除此類組合互斥的情況外。因此，本發明之範疇應由以下申請專利範圍以及包括在其中之申請專利範圍的等效物來判定。
100‧‧‧控制系統
102‧‧‧相對低頻寬X軸致動器
104‧‧‧相對低頻寬Y軸致動器
106‧‧‧相對低頻寬Z軸致動器
108‧‧‧相對高頻寬X軸致動器
110‧‧‧相對高頻寬Y軸致動器
112‧‧‧相對高頻寬Z軸致動器
114‧‧‧B軸致動器
116‧‧‧C軸致動器
118‧‧‧反向運動變換
120‧‧‧處理級
122‧‧‧正向運動變換
124‧‧‧處理級
126‧‧‧求和器

Claims (11)

  1. 一種用於控制一多軸工具機之方法，該多軸工具機經組配來使用一工具處理一工件，該多軸工具機包含：一旋轉致動器，其經組配來繞一第一軸賦予該工具與該工件之間的相對移動；一第一線性致動器，其經組配來沿著該第一軸賦予該工具與該工件之間的相對移動；以及一第二線性致動器，其經組配來沿著一第二軸賦予該工具與該工件之間的相對移動，該方法包含：獲得一初步旋轉致動器命令，該旋轉致動器命令具有超出該旋轉致動器之一頻寬的頻率內容；至少部分地基於該初步旋轉致動器命令來產生一經處理之旋轉致動器命令，該經處理之旋轉致動器命令具有在該旋轉致動器之一頻寬內的頻率內容；至少部分地基於該經處理之旋轉致動器命令來產生一第一線性致動器命令及一第二線性致動器命令；將該經處理之旋轉致動器命令輸出至該旋轉致動器；將該第一線性致動器命令輸出至該第一線性致動器；以及將該第二線性致動器命令輸出至該第二線性致動器。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第二軸與該第一軸正交。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中產生該經處理之旋轉致動器命令包含對該初步旋轉致動器命令進行濾波。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中產生該第一線性致動器命令及該第二線性致動器命令包含： 基於該初步旋轉致動器命令及至少一個初步線性致動器命令來產生一組中間線性致動器命令；以及至少部分地基於該經處理之旋轉致動器命令來處理該組中間線性致動器命令。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含：在賦予繞該第一軸之相對移動的同時，利用該工具處理該工件。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中利用該工具處理該工件包含將雷射光引導至該工件。
  7. 一種用於控制一多軸工具機之控制器，該多軸工具機經組配來使用一工具處理一工件，該多軸工具機包含：一旋轉致動器，其經組配來繞一第一軸賦予該工具與該工件之間的相對移動；一第一線性致動器，其經組配來沿著該第一軸賦予該工具與該工件之間的相對移動；以及一第二線性致動器，其經組配來沿著一第二軸賦予該工具與該工件之間的相對移動，該控制器包含：至少一個處理器及可供該至少一個處理器存取之電腦記憶體，該電腦記憶體具有儲存於其上之指令，該等指令在由該至少一個處理器執行時，使得該控制器：至少部分地基於一初步旋轉致動器命令來產生一經處理之旋轉致動器命令，該初步旋轉致動器命令具有超出該旋轉致動器之一頻寬的頻率內容，該經處理之旋轉致動器命令具有在該旋轉致動器之一頻寬內的頻率內容；至少部分地基於該經處理之旋轉致動器命令來產生一第一線性致動器 命令及一第二線性致動器命令；輸出該經處理之旋轉致動器命令、該第一線性致動器命令及該第二線性致動器命令。
  8. 一種多軸工具機，其包含：一工具，其經組配來處理一工件；一第一旋轉致動器，其經組配來繞一第一軸賦予該工具與該工件之間的相對移動；一第一線性致動器，其經組配來沿著該第一軸賦予該工具與該工件之間的相對移動；一第二線性致動器，其經組配來沿著一第二軸賦予該工具與該工件之間的相對移動；以及一控制器，其操作性地耦接至該旋轉致動器、該第一線性致動器及該第二線性致動器，該控制器經組配來：至少部分地基於一初步旋轉致動器命令來產生一經處理之旋轉致動器命令，該初步旋轉致動器命令具有超出該旋轉致動器之一頻寬的頻率內容，該經處理之旋轉致動器命令具有在該旋轉致動器之一頻寬內的頻率內容；至少部分地基於該經處理之旋轉致動器命令來產生一第一線性致動器命令及一第二線性致動器命令；將該經處理之旋轉致動器命令輸出至該旋轉致動器；將該第一線性致動器命令輸出至該第一線性致動器；以及將該第二線性致動器命令輸出至該第二線性致動器。
  9. 如申請專利範圍第8項之多軸工具機，其進一步包含一第二旋轉致動器，該第二旋轉致動器經組配來繞該第一軸賦予該工具與該工件之間的相對移動，其中該第二旋轉致動器之一頻寬高於該第一旋轉致動器之一頻寬。
  10. 如申請專利範圍第8項之多軸工具機，其進一步包含一雷射源，且該工具包括雷射光。
  11. 如申請專利範圍第8項之多軸工具機，其中該工具包括一噴水器。
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