特許 7630581 加工機、加工システム及び被加工物の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-06

(45)【発行日】2025-02-17

(54)【発明の名称】加工機、加工システム及び被加工物の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23Q 17/22 20060101AFI20250207BHJP

   G05B 19/416 20060101ALI20250207BHJP

   G05B 19/404 20060101ALI20250207BHJP

   B24B 49/10 20060101ALI20250207BHJP

【ＦＩ】

B23Q17/22 E

G05B19/416 E

G05B19/404 G

B24B49/10

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2023169204

(22)【出願日】2023-09-29

【審査請求日】2024-12-13

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003458

【氏名又は名称】芝浦機械株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100135828

【弁理士】

【氏名又は名称】飯島 康弘

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 亨

(72)【発明者】

【氏名】秋山 貴信

(72)【発明者】

【氏名】福田 将彦

【審査官】山村 和人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２２－２４５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２８８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－８７１４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｑ １７／２２

Ｇ０５Ｂ １９／４１６

Ｇ０５Ｂ １９／４０４

Ｂ２４Ｂ ４９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワーク又は工具を支持する第１可動部と、
前記第１可動部を第１方向に案内するリニアガイドと、
前記第１可動部の前記第１方向における第１変位と、前記第１可動部の前記第１方向に直交する第２方向の変位である第１誤差とに応じた信号を出力する２次元スケールと、
前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向において前記リニアガイドと一定の位置関係を有しており、前記ワーク又は前記工具を前記第１方向又は前記第２方向に平行な第１回転軸回りに回転させる主軸と、
を有しており、
前記第１回転軸を含むとともに前記第１方向及び前記第２方向に平行な仮想平面を仮定したときに、前記仮想平面から前記２次元スケールまでの距離が、前記仮想平面から前記リニアガイドまでの距離の１／３未満である
加工機。

【請求項2】

前記２次元スケールは、前記仮想平面内に位置している
請求項１に記載の加工機。

【請求項3】

前記仮想平面と対向している第１面を有している支持部と、
前記第１面に支持されているとともに、前記リニアガイド及び前記第１可動部を支持している固定部と、
前記第１面に支持されているとともに前記固定部から離れているスケール配置部と、
を更に有しており、
前記２次元スケールは、
前記スケール配置部に固定されているスケール部と、
前記第１可動部に固定されており、前記スケール部との相対移動に応じて信号を出力する検出部と、を有しており、
前記スケール配置部は、前記第１面から前記仮想平面の側へ前記リニアガイドの位置を超える高さを有している
請求項１に記載の加工機。

【請求項4】

前記スケール配置部は、中実な金属部材である
請求項３に記載の加工機。

【請求項5】

前記ワーク又は前記工具を支持する第２可動部と、
前記第２可動部を前記第２方向に駆動する第２駆動部と、
前記第２駆動部を制御するコントローラと、
を更に有しており、
前記コントローラは、前記２次元スケールが検出した前記第２方向の速度誤差に基づいて、当該速度誤差に起因する前記ワーク及び前記工具の前記第２方向における相対速度の誤差を低減するように前記第２駆動部を制御する
請求項１に記載の加工機。

【請求項6】

前記第１可動部を前記第１方向に駆動する第１駆動部と、
前記第１駆動部を制御するコントローラと、
を更に有しており、
前記２次元スケールは、前記第１方向の互いに異なる位置にて２つの前記第１誤差を同時に検出し、
前記コントローラは、前記２つの第１誤差から特定される前記第３方向に平行な軸の回りの回転誤差に基づいて、前記回転誤差に起因する前記ワークと前記工具との前記第１方向における相対位置の誤差を前記第１可動部の平行移動によって低減するように前記第１駆動部を制御する
請求項１に記載の加工機。

【請求項7】

前記ワーク又は前記工具を支持する第２可動部と、
前記第２可動部を前記第２方向に駆動する第２駆動部と、
前記第２駆動部を制御するコントローラと、
を更に有しており、
前記２次元スケールは、前記第１方向の互いに異なる位置にて２つの前記第１誤差を同時に検出し、
前記コントローラは、前記２つの第１誤差から特定される前記第３方向に平行な軸の回りの回転誤差に基づいて、前記回転誤差に起因する前記ワークと前記工具との前記第２方向における相対位置の誤差を前記第２可動部の平行移動によって低減するように前記第２駆動部を制御する
請求項１に記載の加工機。

【請求項8】

前記２次元スケールと並列に前記第１方向に延びており、前記２次元スケールの幅方向の一方側の構成に相当する構成を有し、前記２次元スケールの幅方向の他方側の構成に相当する構成を有しておらず、前記第３方向を幅方向としている補助スケールを更に有している
請求項１に記載の加工機。

【請求項9】

前記２次元スケールと並列に前記第１方向に延びており、前記第１可動部の前記第３方向の変位である第２誤差に応じた信号を出力する補助スケールを更に有しており、
前記２次元スケールが検出する前記第１誤差と、前記補助スケールが検出する前記第２誤差とに基づいて前記第１方向に平行な軸の回りの回転誤差を特定する
請求項１に記載の加工機。

【請求項10】

第１方向及び第２方向に直交する第３方向に面している第１面を有している支持部と、
前記第１面に支持されている固定部と、
リニアガイドを介して前記固定部に支持されており、前記リニアガイドによって前記固定部に対して前記第１方向に案内される、ワーク又は工具を支持する第１可動部と、
前記第１面に支持されているとともに前記固定部から離れているスケール配置部と、
前記第１可動部の前記第１方向における第１変位と、前記第１可動部の前記第２方向の変位である第１誤差とに応じた信号を出力する２次元スケールと、
を有しており、
前記２次元スケールは、
前記スケール配置部に固定されているスケール部と、
前記第１可動部に固定されており、前記スケール部との相対移動に応じて信号を出力する検出部と、を有しており、
前記スケール配置部は、前記第１面が面している側へ前記リニアガイドの位置を超える高さを有しており、前記スケール部は、前記リニアガイドよりも前記第１面が面している側に位置している
加工機。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか１項に記載の加工機と、
前記加工機から前記第１誤差の検出値の情報を取得し、取得した情報に応じた画像を表示する診断装置と、
を有している加工システム。

【請求項12】

請求項１～１０のいずれか１項に記載の加工機を用いて、前記ワークと前記工具とを接触させて前記ワークを被加工物に加工する加工ステップを有する
被加工物の製造方法。

【請求項13】

前記加工ステップにおいて、前記工具が前記ワークに接する加工点を含み、前記第１方向及び前記第２方向に平行な第２仮想平面を仮定したときに、前記第２仮想平面から前記２次元スケールまでの距離が、前記第２仮想平面から前記リニアガイドまでの距離の１／３以下である
請求項１２に記載の被加工物の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、加工機、加工システム及び被加工物の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

工具によってワークを加工する加工機が知られている（例えば下記特許文献１）。このような加工機は、例えば、工具又はワークを支持する可動部をリニアガイドによって案内することによって工具とワークとの相対移動を実現している。可動部は、理想的にはリニアガイドに沿って直線上を移動する。ただし、現実には、種々の要因によって、うねりを生じながら移動する。すなわち、真直度又は直角度は０とはならない。このうねりは加工精度を低下させる。

【0003】

下記特許文献１では、２次元スケール（２次元リニアエンコーダ等と称されることもある。）を用いて可動部の変位を検出することによって真直度を向上させる加工機を提案している。具体的には、特許文献１の加工機は、工具又はワークを支持する可動部として、第１リニアガイドによって第１方向に案内される第１可動部と、第２リニアガイドによって第１方向に直交する第２方向に案内される第２可動部とを有している。２次元スケールは、第１可動部の第１方向の変位と、第１可動部の第２方向の変位（誤差）とを検出する。そして、加工機は、２次元スケールによって第２方向の誤差が検出されると、当該誤差が工具とワークとの相対位置に及ぼす影響を補償するように（換言すれば打ち消すように）、第２可動部の第２方向における位置を制御する。

【0004】

下記特許文献２は、工具によってワークを加工する加工機ではなく、半導体等の製造に用いられるステージ装置に係るものであるが、２次元スケールを利用する技術を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０２２－２４５４２号公報

【文献】特開２０１５－１０９０７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

２次元スケールによる検出の精度を向上させることができる加工機、加工システム及び被加工物の製造方法が待たれる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様に係る加工機は、ワーク又は工具を支持する第１可動部と、前記第１可動部を第１方向に案内するリニアガイドと、前記第１可動部の前記第１方向における第１変位と、前記第１可動部の前記第１方向に直交する第２方向の変位である第１誤差とに応じた信号を出力する２次元スケールと、前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向において前記リニアガイドと一定の位置関係を有しており、前記ワーク又は前記工具を前記第１方向又は前記第２方向に平行な第１回転軸回りに回転させる主軸と、を有しており、前記第１回転軸を含むとともに前記第１方向及び前記第２方向に平行な仮想平面を仮定したときに、前記仮想平面から前記２次元スケールまでの距離が、前記仮想平面から前記リニアガイドまでの距離の１／３未満である。

【0008】

本開示の一態様に係る加工機は、第１方向及び第２方向に直交する第３方向に面している第１面を有している支持部と、前記第１面に支持されている固定部と、リニアガイドを介して前記固定部に支持されており、前記リニアガイドによって前記固定部に対して前記第１方向に案内される、ワーク又は工具を支持する第１可動部と、前記第１面に支持されているとともに前記固定部から離れているスケール配置部と、前記第１可動部の前記第１方向における第１変位と、前記第１可動部の前記第２方向の変位である第１誤差とに応じた信号を出力する２次元スケールと、を有しており、前記２次元スケールは、前記スケール配置部に固定されているスケール部と、前記第１可動部に固定されており、前記スケール部との相対移動に応じて信号を出力する検出部と、を有しており、前記スケール配置部は、前記第１面が面している側へ前記リニアガイドの位置を超える高さを有しており、前記スケール部は、前記リニアガイドよりも前記第１面が面している側に位置している。

【0009】

本開示の一態様に係る加工システムは、上記加工機と、前記加工機から前記第１誤差の検出値の情報を取得し、取得した情報に応じた画像を表示する診断装置と、を有している。

【0010】

本開示の一態様に係る被加工物の製造方法は、上記加工機を用いて、前記ワークと前記工具とを接触させて前記ワークを被加工物に加工するステップを有する。

【発明の効果】

【0011】

上記の構成又は手順によれば、２次元スケールによる検出の精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１実施形態に係る加工機の構成を示す模式的な斜視図。

【図2】２次元スケールに係る構成を取り外した状態で図１の加工機を示す模式的な斜視図。

【図3】図３（ａ）及び図３（ｂ）は２次元スケールの構成及び動作を説明する図。

【図4】図１の加工機における制御系の構成を示すブロック図。

【図5】図４のブロック図の一部について詳細を示す図。

【図6】ロールによる誤差の算出方法を説明する図。

【図7】ヨーによる誤差の算出方法を説明する図。

【図8】第２実施形態に係る加工機における制御系の構成を示すブロック図。

【図9】図８の３次元スケールの構成を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

（実施形態の概要）
図１は、実施形態に係る加工機１の構成を示す模式的な斜視図である。図２は、図１において、２次元スケールに係る構成を除いた図である。これらの図には、便宜上、直交座標系ＸＹＺを付している。＋Ｙ方向は、例えば、鉛直上方である。

【0014】

本開示に係る技術は、種々の加工機に適用可能であり、図示されている加工機１は、その一例に過ぎない。ただし、以下の説明では、便宜上、加工機１の構成を前提とした説明をすることがある。

【0015】

加工機１は、例えば、工具１０１によってワーク１０３の加工（例えば研削及び／又は研磨）を行う。より詳細には、図示の例では、ワーク１０３は、Ｚ軸に平行なワーク回転軸ＡＷの回りに回転される。また、工具１０１は、砥石によって構成されており、Ｙ軸に平行な工具回転軸ＡＴの回りに回転される。そして、工具１０１がワーク１０３に当接されることによって、ワーク１０３の研削及び／又は研磨が行われる。このような加工機１は、例えば、非球面レンズ等を作製する非球面加工機として利用可能である。

【0016】

工具１０１又はワーク１０３を支持する複数の可動部（Ｘ軸テーブル９Ｘ、サドル１３及びＺ軸テーブル９Ｚ）それぞれは、Ｘ軸、Ｙ軸又はＺ軸に沿って平行移動する。これにより、工具１０１及びワーク１０３は任意の方向へ相対移動する。この平行移動は、各可動部がリニアガイド（Ｘ軸ガイド１７Ｘ、Ｙ軸ガイド１７Ｙ又はＺ軸ガイド１７Ｚ）によって案内されることによって実現される。また、各可動部の平行移動の変位は、図１に示すように、２次元スケール（Ｘ軸センサ２５Ｘ、Ｙ軸センサ２５Ｙ又はＺ軸センサ２５Ｚ）によって検出される。検出された変位は、例えば、平行移動のフィードバック制御に利用される。

【0017】

２次元スケールは、各可動部が平行移動すべき方向（第１方向）の変位に加えて、上記第１方向に直交する方向（第２方向）における変位（誤差）も検出可能となっている。例えば、Ｘ軸センサ２５Ｘは、Ｘ軸テーブル９ＸのＸ方向（第１方向）の変位に加えて、Ｘ軸テーブル９ＸのＺ方向（第２方向）の変位（誤差）を検出する。Ｙ軸センサ２５Ｙは、サドル１３のＹ方向（第１方向）の変位に加えて、サドル１３のＺ方向（第２方向）の変位（誤差）を検出する。Ｚ軸センサ２５Ｚは、Ｚ軸テーブル９ＺのＺ方向（第１方向）の変位に加えて、Ｚ軸テーブル９ＺのＸ方向（第２方向）の変位（誤差）を検出する。

【0018】

上記のように２次元スケールが誤差を検出することによって、例えば、当該誤差に起因する工具１０１とワーク１０３との相対位置の誤差を補償するように加工機１を制御することができる。例えば、Ｘ軸センサ２５ＸによってＸ軸テーブル９ＸのＺ方向の誤差が生じたとき、その誤差と同じ方向及び同じ量でＺ軸テーブル９Ｚを変位させることによって、工具１０１及びワーク１０３の相対位置の誤差を低減することができる。及び／又は、２次元スケールが検出した誤差は、品質管理に利用されてもよい。

【0019】

ここで、２次元スケールが変位を検出する２方向に平行で、かつ工具１０１がワーク１０３に接する加工点を含む仮想平面ＶＰ（図１及び図２では不図示。図６にＺ軸センサ２５Ｚに係る仮想平面ＶＰを示す。）を仮定する。加工点に代えて、回転軸（ＡＷ又はＡＴ）を含む仮想平面ＶＰが仮定されてもよい。このとき、２次元スケールは、仮想平面ＶＰ内に位置している。

【0020】

例えば、Ｘ軸センサ２５Ｘは、Ｘ方向及びＺ方向に平行で、ワーク回転軸ＡＷを含む仮想平面ＶＰ（図６）内に位置している。Ｙ軸センサ２５Ｙは、Ｙ方向及びＺ方向に平行で、工具回転軸ＡＴを含む仮想平面ＶＰ（不図示）内に位置している。Ｚ軸センサ２５Ｚは、Ｚ方向及びＸ方向に平行で、ワーク回転軸ＡＷを含む仮想平面ＶＰ（図６）内に位置している。

【0021】

このようにすることによって、後に詳述するように、２次元スケールによって検出される誤差の精度が向上する。この効果を得る観点において、２次元スケールは、必ずしも仮想平面ＶＰ内に位置する必要はなく、仮想平面ＶＰに近い位置に配置されていてよい。例えば、仮想平面ＶＰから２次元スケールまでの距離は、仮想平面ＶＰからリニアガイドまでの距離の１／２未満、１／３未満、１／５未満又は１／１０未満とされてよい。

【0022】

別の観点では、加工機１は、２次元スケールを仮想平面ＶＰに近づけるための構成を有している。具体的には、２次元スケールの一部（後述するスケール部）が設けられるスケール配置部（Ｘ軸スケール配置部２１Ｘ、Ｙ軸スケール配置部２１Ｙ及びＺ軸スケール配置部２１Ｚ）が設けられている。

【0023】

３軸のうちＸ軸を例に取ると、Ｘ軸スケール配置部２１Ｘは、その上面がＸ軸ガイド１７Ｘよりも上方に位置する高さを有している。Ｘ軸センサ２５Ｘの一部（スケール部）は、Ｘ軸スケール配置部２１Ｘの上面に設けられている。これにより、Ｘ軸センサ２５Ｘは、Ｘ軸ガイド１７Ｘに対して仮想平面ＶＰの側に位置している。

【0024】

なお、２次元スケールを仮想平面ＶＰに近づけるための構成は、スケール配置部によらなくてもよい。また、スケール配置部は、２次元スケールを仮想平面ＶＰに近づけることに寄与しなくてもよい。スケール配置部は、２次元スケールを仮想平面ＶＰに近づけること以外にも効果（後述）を奏し得る。

【0025】

以上が実施形態に係る加工機１の概要である。以下では、概略、下記の順に説明を行う。
第Ａ章 第１実施形態
１．加工機の全体構成（図１及び図２）
２．スケールに係る構成
２．１．スケール（図３（ａ）及び図３（ｂ））
２．１．１．スケール全般
２．１．２．スケールの構成の具体例
２．１．３．回転誤差の検出に係る構成
２．２．各軸におけるスケールの配置態様
２．３．スケール配置部
３．制御系
３．１．複数の軸の制御系（図４）
３．１．１．制御の概要
３．１．２．信号処理
３．１．３．フィードバック制御
３．１．４．誤差の補償
３．２．各軸における制御系（図５）
３．２．１．Ｚ軸センサに基づくＺ軸の制御
３．２．２．他の軸のセンサに基づくＺ軸の制御
３．２．３．補足
４．回転誤差の影響の算出方法（図６及び図７）
４．１．ロールの影響
４．２．ヨーの影響
４．３．ピッチの影響
５．加工システム（図１）
６．第１実施形態のまとめ
第Ｂ章 第２実施形態
７．第２実施形態の全体構成（図８）
８．スケール（図９）
９．第２実施形態のまとめ

【0026】

＜第Ａ章 第１実施形態＞
（１．加工機の全体構成）
加工機１は、例えば、工具１０１及びワーク１０３を保持する機械本体３と、機械本体３を制御するコントローラ５とを有している。

【0027】

機械本体３は、既述のとおり、ワーク１０３及び工具１０１それぞれを回転させるとともに、工具１０１とワーク１０３とを相対移動させてワーク１０３の加工を行う。より詳細には、例えば、加工前（別の観点では工具１０１とワーク１０３との接触前）において、工具１０１は、Ｙ方向に移動されて位置決めがなされる。その後、工具１０１及びワーク１０３のそれぞれが回転している状態で、工具１０１のＸ方向の移動及び／又はワーク１０３のＺ方向の移動がなされることによって加工が行われる。機械本体３は、上記のような動作を実現するため、例えば、以下の構成を有している。

【0028】

機械本体３は、基台７と、基台７に支持されている既述のＸ軸テーブル９Ｘと、Ｘ軸テーブル９Ｘに固定されているコラム１１と、コラム１１に支持されている既述のサドル１３と、サドル１３に支持されている工具主軸１５Ｔとを有している。工具主軸１５Ｔは、工具１０１を保持しており、既述の工具回転軸ＡＴの回りに回転可能である。Ｘ軸テーブル９Ｘは、基台７上をＸ方向に直線移動可能である。サドル１３は、コラム１１に対してＹ方向に直線移動可能である。

【0029】

また、機械本体３は、基台７に支持されているＺ軸テーブル９Ｚと、Ｚ軸テーブル９Ｚに支持されているワーク主軸１５Ｗとを有している。ワーク主軸１５Ｗは、ワーク１０３を保持しており、既述のワーク回転軸ＡＷの回りに回転可能である。Ｚ軸テーブル９Ｚは、基台７上をＺ方向に直線移動可能である。

【0030】

可動部（９Ｘ、１３及び９Ｚ）の平行移動及び主軸（１５Ｗ及び１５Ｔ）の回転を実現するための機構（駆動源及びガイド等）の構成は、種々のものとされてよく、例えば、公知の構成又は公知の構成を応用したものとされてよい。例えば、駆動源は、電動機、油圧機器又は空圧機器とされてよい。電動機の場合を例に取ると、例えば、主軸は回転式の主軸モータ（電動機）によって駆動されてよい。可動部の平行移動は、リニアモータによって実現されてもよいし、回転式の電動機の回転が適宜な機構（例えばボールねじ機構）によって直線運動に変換されることによって実現されてもよい。

【0031】

また、例えば、可動部（９Ｘ、１３及び９Ｚ）を案内する（別の観点では駆動方向以外の方向における移動を規制する）リニアガイド（２５Ｘ、２５Ｙ又は２５Ｚ）は、可動部と固定部とが摺動するすべり案内であってもよいし、可動部と固定部との間で転動体が転がる転がり案内であってもよいし、可動部と固定部との間に空気又は油を介在させる静圧案内であってもよいし、これらの２以上の組み合わせであってもよい。同様に、主軸（１５Ｗ及び１５Ｔ）の軸受は、すべり軸受、転がり軸受、静圧軸受又はこれらの２以上の組み合わせとされてよい。

【0032】

図示の例では、各可動部（９Ｘ、１３又は９Ｚ）に対して、互いに並列に可動方向に延びる２つのガイド（１７Ｘ及び１７Ｘ、１７Ｙ及び１７Ｙ、又は１７Ｚ及び１７Ｚ）が設けられている。なお、２つのガイドを含む構成全体を１つのガイドとして捉えてもよい。また、各可動部に対して、２つのガイドが設けられていると捉えることができない（すなわち１つのガイドとしてしか捉えることができない）構成のガイドが設けられても構わない。Ｘ軸及びＺ軸それぞれに係る２つのガイドは、可動部（９Ｘ又は９Ｚ）を支持している。Ｙ軸に係る２つのＹ軸ガイド１７Ｙは、サドル１３の全荷重を支持しているとは限らないが、コラム１１は、Ｙ軸ガイド１７Ｙを介してサドル１３を支持していると表現されてよい。

【0033】

図示の例では、各可動部（９Ｘ、１３又は９Ｚ）の２つのガイドは、Ｖ－Ｖ転がり案内によって構成されている。より詳細には、例えば、Ｘ軸ガイド１７Ｘは、Ｘ軸テーブル９Ｘを支持するＸ軸ベッド１９Ｘの上面に形成された断面Ｖ字状の溝と、Ｘ軸テーブル９Ｘの下面に形成された断面三角形状の突条と、上記の溝と突条との間に介在している複数のコロ（不図示）とを有している。Ｙ軸ガイド１７Ｙは、コラム１１の側面に形成された断面Ｖ字状の溝と、サドル１３の側面に形成された断面三角形状の突条と、上記の溝と突条との間に介在している複数のコロ（不図示）とを有している。Ｚ軸ガイド１７Ｚは、Ｘ軸ベッド１９Ｘを－Ｚ側へ延長した部分に支持されるＺ軸ベッド１９Ｚの上面に形成された断面Ｖ字状の溝と、Ｚ軸テーブル９Ｚの下面に形成された断面三角形状の突条と、上記の溝と突条との間に介在している複数のコロ（不図示）とを有している。

【0034】

コントローラ５は、例えば、特に図示しないが、ＮＣ装置及びドライバ（例えばサーボドライバ）を含んで構成されている。ＮＣ装置は、例えば、特に図示しないが、ＣＰＵ（central processing unit）、ＲＯＭ（read only memory）、ＲＡＭ（random access memory）及び外部記憶装置（例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive））を含んで構成されている。換言すれば、ＮＣ装置は、コンピュータを含んで構成されている。ＣＰＵがＲＯＭ及び／又は外部記憶装置に記憶されているプログラムを実行することによって、制御等を行う各種の機能部が構築される。また、コントローラ５は、一定の動作のみを行う論理回路を含んでいてもよい。

【0035】

コントローラ５は、例えば、主軸（１５Ｗ及び１５Ｔ）の回転数、並びに可動部（９Ｘ、１３及び９Ｚ）の速度及び位置を制御する。位置制御及び速度制御は、例えば、いわゆるフルクローズドループ制御とされてよい。すなわち、可動部の位置及び速度の検出値がフィードバックされてよい。最も、位置制御及び／又は速度制御は、フィードバックがなされないオープンループ制御とされたり、電動機の回転数の検出値がフィードバックされるセミクローズドループ制御とされたりしてもよい。

【0036】

加工機１の加工精度は適宜に設定されてよい。例えば、加工機１は、サブマイクロメータオーダーの精度（１μｍ未満の誤差）、又はナノメータオーダーの精度（１０ｎｍ未満の誤差）で加工を実現可能なものであってよい。そのような工作機械は、本願出願人によって既に実用化されている（例えばＵＶＭシリーズ、ＵＬＧシリーズ及びＵＬＣシリーズ。）。より詳細には、例えば、各軸における位置決め精度は、１μｍ以下、０．１μｍ以下、１０ｎｍ以下又は１ｎｍ以下とされてよい。

【0037】

（２．スケールに係る構成）
（２．１．スケール）
本２．１節では、基本的に２次元スケール自体について説明する。換言すれば、Ｘ軸センサ２５Ｘ、Ｙ軸センサ２５Ｙ及びＺ軸センサ２５Ｚに共通する事項について説明する。各軸の２次元スケールの配置態様等については、次節（２．２節）で述べる。

【0038】

ただし、便宜上、本節の説明では、基本的に、Ｘ軸センサ２５Ｘを例に取る。下記の説明は、他の方向の変位を検出する２次元スケールに援用されてよい。このとき、下記の説明における用語は適宜に他の用語に置換されてよい。例えば、Ｙ軸センサ２５Ｙに援用するときは、「Ｘ」と「Ｙ」とを相互に置換し、「ｘ」と「ｙ」とを相互に置換し、「Ｘ軸テーブル９Ｘ」を「サドル１３」に置換する。Ｚ軸センサ２５Ｚに援用するときは、「Ｘ」と「Ｚ」とを相互に置換し、「ｘ」と「ｚ」とを相互に置換する。

【0039】

（２．１．１．スケール全般）
図１に示すように、Ｘ軸センサ２５Ｘは、例えば、Ｘ方向に延びているスケール部２７と、スケール部２７に対向している検出部２９とを有している。スケール部２７においては、例えば、光学的又は磁気的に形成された複数のパターンがＸ方向（Ｘ軸センサ２５Ｘの構成によってはＸ方向に加えてＺ方向）に一定のピッチで（上位概念で言えば所定の規則に従って）配列されている。検出部２９は、各パターンとの相対位置に応じた信号を生成する。従って、スケール部２７及び検出部２９の相対移動に伴って生成される信号の計数（すなわちパターンの計数）によって、変位（位置）を検出することができる。

【0040】

Ｘ軸センサ２５Ｘは、スケール部２７のパターンに基づいてスケール部２７に対する検出部２９の位置（絶対位置）を特定可能なアブソリュート式のものであってもよいし、そのような特定ができないインクリメンタル式のものであってもよい。公知のように、インクリメンタル式のスケールであっても、検出部２９をスケール部２７に対して所定位置（例えば移動限）に移動させてキャリブレーションを行うことによって絶対位置を特定することができる。

【0041】

Ｘ軸テーブル９Ｘの移動に係る誤差（Ｚ方向の変位）は、当然ながら、Ｘ軸テーブル９ＸのＸ方向における移動可能な長さに比較して小さい。従って、Ｘ軸センサ２５Ｘにおいて、Ｚ方向の位置を検出可能な範囲の長さは、Ｘ方向の位置を検出可能な範囲の長さよりも短くされてよい。Ｘ軸センサ２５Ｘにおいて、Ｘ方向の位置の検出精度及びＺ方向の位置の検出精度は、互いに同等であってもよいし、互いに異なっていてもよい。いずれの場合においても、Ｘ軸センサ２５Ｘにおいて、Ｘ方向の位置の検出精度及びＺ方向の位置の検出精度それぞれは、比較的高くされてよく、例えば、１μｍ以下、０．１μｍ以下、１０ｎｍ以下又は１ｎｍ以下とされてよい。

【0042】

（２．１．２．スケールの構成の具体例）
２次元スケールの構成は、公知の構成を含む種々の構成とされてよい。以下では、その一例を示す。後述するように、Ｘ軸センサ２５Ｘは、Ｘ方向及びＺ方向の変位だけでなく、Ｙ軸回りの回転誤差を検出することも可能である。ただし、本２．１．２節では、Ｘ方向及びＺ方向の変位の検出に係る構成についてのみ説明し、回転誤差の検出については次節（２．１．３節）で説明する。便宜上、変位の語は、特に断りがない限り、また、矛盾等が生じない限り、直線変位を指し、回転変位を指さないものとする。また、便宜上、Ｘ軸センサ２５Ｘの各部の位置及び形状等を説明するときに、回転誤差が無いと仮定して、Ｘ方向及びＺ方向の語を参照することがある。

【0043】

図３（ａ）は、Ｘ軸センサ２５Ｘの一部の拡大図である。なお、説明の便宜上、図３（ａ）と他の図とで、直交座標系ＸＹＺに対するスケール部２７及び検出部２９の向きが異なることがあるが、これは本質的な差異ではない。下記の説明（式）では、実際の向きに応じて適宜に＋及び－の符号が置換されたりしてよい。

【0044】

スケール部２７は、例えば、互いに平行にＸ方向に延びるＡ相スケール部２７ａ及びＢ相スケール部２７ｂを有している。Ａ相スケール部２７ａ及びＢ相スケール部２７ｂは、光学的又は磁気的に形成された複数のパターン２７ｃを有している。複数のパターン２７ｃは、Ｘ方向に対して傾斜する直線状である。Ａ相スケール部２７ａ及びＢ相スケール部２７ｂとで、複数のパターン２７ｃの傾斜角の大きさは互いに同等であり、かつ傾斜方向は互いに逆である。検出部２９は、例えば、Ａ相スケール部２７ａのパターン２７ｃを検出するＡ相検出部２９ａと、Ｂ相スケール部２７ｂのパターン２７ｃを検出するＢ相検出部２９ｂとを有している。なお、複数のパターン２７ｃは、Ａ相スケール部２７ａ及びＢ相スケール部２７ｂの全体において魚の骨に類似している。従って、このようなパターンを有する２次元スケールをフィッシュボーン型の２次元スケールと称することがある。

【0045】

図３（ｂ）は、Ａ相スケール部２７ａの一部を拡大して示す模式図である。

【0046】

Ａ相検出部２９ａによって検出されるパターン２７ｃの計数によって、Ａ相スケール部２７ａのパターン２７ｃに直交する方向の変位ｄＡが検出される。パターン２７ｃに直交する方向のＸ軸に対する傾斜角をθとし、変位ｄＡのＸ方向成分をｘ１とし、変位ｄＡのＺ方向成分をｚ１とする。このとき、以下の式が成り立つ。
ｄＡ＝ｘ１×ｃｏｓθ＋ｚ１×ｓｉｎθ （１）

【0047】

一方、Ｂ相検出部２９ｂによって検出されるパターン２７ｃの計数によって、Ｂ相スケール部２７ｂのパターン２７ｃに直交する方向の変位ｄＢ（図３（ａ））が検出される。このとき、Ａ相スケール部２７ａとＢ相スケール部２７ｂとでパターン２７ｃの傾斜角は同一であるから、Ｂ相スケール部２７ｂにおいても、パターン２７ｃに直交する方向のＸ軸に対する傾斜角（絶対値）はθである。また、検出部２９がＹ軸回りに回転しないと仮定すると、変位ｄＢのＸ方向成分及びＺ方向成分は、変位ｄＡのＸ方向成分及びＺ方向成分（ｘ１及びｚ１）と同じである。従って、以下の式が成り立つ。
ｄＢ＝ｘ１×ｃｏｓθ－ｚ１×ｓｉｎθ （２）

【0048】

上記の（１）式及び（２）式から、以下の式が導かれる。
ｘ１＝（ｄＡ＋ｄＢ）／（２×ｃｏｓθ） （３）
ｚ１＝（ｄＡ－ｄＢ）／（２×ｓｉｎθ） （４）
このような原理によって、図示の例の２次元スケールは、２方向の変位を検出することができる。

【0049】

図示の例以外の２次元スケールとしては、例えば、特許文献１の図８及び特許文献２の図４に示されているものが挙げられる。この２次元スケールでは、Ｚ軸に平行に延びているとともにＸ方向に配列されている複数の第１パターンと、Ｘ軸に平行に延びているとともにＺ軸に配列されている複数の第２パターンとが設けられている。そして、複数の第１パターンの計数によってＸ方向の変位が検出され、複数の第２パターンの計数によってＺ方向の変位が検出される。すなわち、この２次元スケールは、通常の１次元のリニアスケールを互いに直交させた構成である。

【0050】

（２．１．３．回転誤差の検出に係る構成）
実施形態に係る２次元スケール（２５Ｘ、２５Ｙ及び２５Ｚ）は、変位を検出する２方向に直交する軸の回りの回転誤差を検出可能に構成されている。検出された回転誤差は、例えば、当該回転誤差が工具１０１とワーク１０３との相対位置に及ぼす影響を低減するためのフィードバック制御に利用される。回転誤差を検出するための構成は、例えば、以下のとおりである。

【0051】

図３（ａ）に示すように、Ｘ軸センサ２５Ｘは、Ｘ方向の位置が互いに異なる２つのＡ相検出部２９ａを有している。従って、検出部２９がスケール部２７に対してＹ軸回りに回転すると、その回転量に応じた移動量で、Ｚ方向における両者の相対位置が変化する。従って、２つのＡ相検出部２９ａによって検出される２つの誤差（Ｚ方向の変位）に基づいて、回転誤差を特定することができる。なお、２つのＡ相検出部２９ａが設けられるのではなく、２つのＢ相検出部２９ｂが設けられてもよいことは明らかである。

【0052】

より詳細には、例えば、２つのＡ相検出部２９ａによって検出される変位ｄＡをそれぞれｄＡ′及びｄＡ″とし、そのＺ方向成分をｚ１′及びｚ１″とする。回転誤差は微小であることから、ｄＡ′及びｄＡ″においてｘ１は同じであるとみなすことができる。このとき、（１）式と同様に、以下の式が成り立つ。
ｄＡ′＝ｘ１×ｃｏｓθ＋ｚ１′×ｓｉｎθ （１）′
ｄＡ″＝ｘ１×ｃｏｓθ＋ｚ１″×ｓｉｎθ （１）″
（１）′式から（１）″式を引いて整理すると、以下の式が成り立つ。
ｚ１′－ｚ１″＝（ｄＡ′－ｄＡ″）／ｓｉｎθ （５）
そして、２つのＡ相検出部２９ａの距離をｄとすると、回転誤差αは、以下の式から求められる。
α＝ａｒｃｔａｎ（（ｚ１′－ｚ１″）／ｄ） （６）

【0053】

回転誤差αの算出には、２つのＡ相検出部２９ａによって同時に検出された２つの誤差（ｚ１）が用いられる。ここでいう同時は、厳密に同時でなくてもよい。例えば、２つの誤差の検出時点は、検出を繰り返す周期（サンプリング周期）又は制御を繰り返す周期（後述する制御周期）に関して、同一の周期内の互いに異なる時点であってもよい。また、２つの誤差のそれぞれは、複数のサンプリング周期の平均値であってもよい。

【0054】

図３（ａ）の例においては、回転誤差が無いとき、１つのＡ相検出部２９ａとＢ相検出部２９ｂとのＸ方向の位置が互いに同じである。ただし、後述する図４に例示するように、２つのＡ相検出部２９ａのＸ方向の位置の双方がＢ相検出部２９ｂのＸ方向の位置と異なっていてもよい。図４の例では、Ｂ相検出部２９ｂは、Ｘ方向において２つのＡ相検出部２９ａのちょうど中間に位置している。また、図３（ａ）の例においては、回転誤差が無いとき、２つのＡ相検出部２９ａのＺ方向の位置は互いに同じである。ただし、両者は異なっていても構わない。

【0055】

距離ｄは、適宜に設定されてよい。距離ｄを長くするほど、αの絶対値に対してｚ１′－ｚ１″の絶対値が大きくなるから、αの検出精度は向上する。ただし、検出部２９は大型化する。距離ｄは、例えば、回転誤差が生じていないときのＡ相検出部２９ａとＢ相検出部２９ｂとのＺ方向の距離よりも長くされてよい。

【0056】

（３）式又は（４）式によってｘ１又はｚ１が算出されるとき、２つの変位ｄＡ（ｄＡ′及びｄＡ″）のいずれが用いられてもよいし、２つの変位ｄＡの平均値等が用いられてもよい。例えば、図３（ａ）の例においては、Ｂ相検出部２９ｂに近い方のＡ相検出部２９ａが検出した変位ｄＡが用いられてよい。図４の例においては、２つの変位ｄＡの平均値が用いられてよい。

【0057】

回転誤差の検出では、Ｘ方向の互いに異なる２つの位置でＺ方向の変位（誤差）が検出されればよいから、当然に、他の形式の２次元スケールにおいても検出可能である。例えば、既述のように、通常の１次元のリニアスケールを互いに直交させた２次元スケールにおいては、Ｚ方向の変位を検出する検出部をＸ方向の位置を異ならせて２つ設ければよい。そして、２つの検出部によって検出されたｚ１′及びｚ１″を（６）式に代入すればよい（（５）式は当然に不要である。）。

【0058】

（２．２．各軸におけるスケールの配置態様）
図１及び図２に示す各可動部（９Ｘ、１３又は９Ｚ）において、平行移動すべき方向（Ｘ方向、Ｙ方向又はＺ方向）に直交する方向としては、互いに直交する２方向を考えることができる。例えば、Ｘ軸テーブル９に関しては、Ｘ方向に直交する方向として、Ｚ方向とＹ方向との２方向が存在する。従って、１つの可動部（１つの軸）につき、２つの２次元スケールを互いに異なる向きで設ける意義が存在する。例えば、Ｘ軸テーブル９については、Ｘ方向及びＺ方向の変位を検出する２次元スケールと、Ｘ方向及びＹ方向の変位を検出する２次元スケールとが設けられてよい。

【0059】

ただし、第１実施形態では、各可動部に対して２次元スケールを１つのみ設け、また、Ｙ方向に加工機１を見たときの誤差を検出するように２次元スケールを設けている。換言すれば、Ｙ方向の誤差の検出の優先度は低くされている。具体的には、既に述べたが、Ｘ軸センサ２５Ｘは、Ｘ方向及びＺ方向の変位を検出する向きで設けられている。Ｙ軸センサ２５Ｙは、Ｙ方向及びＺ方向の変位を検出する向きで設けられている。Ｚ軸センサ２５Ｚは、Ｚ方向及びＸ方向の変位を検出する向きで設けられている。このような２次元スケールの配置は、例えば、Ｙ方向の可動部（サドル１３）を位置決めすることが想定されている加工機において、加工に及ぼす影響が相対的に大きい誤差を効果的に検出できる。

【0060】

Ｘ軸センサ２５Ｘでは、スケール部２７及び検出部２９の一方（図示の例では検出部２９）は、Ｘ軸テーブル９Ｘに直接的に又は間接的に固定されている。スケール部２７及び検出部２９の他方（図示の例ではスケール部２７）は、Ｘ軸ベッド１９Ｘに対して直接的に又は間接的に固定されている。従って、Ｘ軸テーブル９Ｘが移動すると、スケール部２７及び検出部２９は相対移動する。これにより、Ｘ軸テーブル９Ｘの変位（位置）が検出される。より詳細には、例えば、以下のとおりである。

【0061】

基台７の上面にはＸ軸スケール配置部２１Ｘが設けられている。Ｘ軸センサ２５Ｘのスケール部２７は、Ｘ軸スケール配置部２１Ｘの上面に設けられ、Ｘ方向に延び、Ｚ方向に幅を有している。Ｘ軸センサ２５Ｘの検出部２９は、Ｘ軸テーブル９Ｘに固定された適宜な形状及び寸法の支持部材（符号省略）によって支持されており、スケール部２７に対して上方から対向している。実施形態の概要の説明で述べたように、Ｘ軸センサ２５Ｘは、Ｘ軸ガイド１７Ｘに対して仮想平面ＶＰ（ワーク回転軸ＡＷを通る、ＸＺ平面に平行な面）の側に位置しており、より詳細には、仮想平面ＶＰ内に位置している。

【0062】

Ｙ軸センサ２５Ｙでは、スケール部２７及び検出部２９の一方（図示の例では検出部２９）は、サドル１３に直接的に又は間接的に固定されている。スケール部２７及び検出部２９の他方（図示の例ではスケール部２７）は、コラム１１に直接的に又は間接的に固定されている。従って、サドル１３が移動すると、スケール部２７及び検出部２９は相対移動する。これにより、サドル１３の変位（位置）が検出される。より詳細には、例えば、以下のとおりである。

【0063】

Ｘ軸テーブル９Ｘの上面にはＹ軸スケール配置部２１Ｙが設けられている。Ｙ軸センサ２５Ｙのスケール部２７は、Ｙ軸スケール配置部２１ＹのＸ方向に面する側面に設けられ、Ｙ方向に延び、Ｚ方向に幅を有している。Ｙ軸センサ２５Ｙの検出部２９は、サドル１３に固定された適宜な形状及び寸法の支持部材（符号省略）によって支持されており、スケール部２７に対してＸ方向において対向している。支持部材は、図示の例では、コラム１１をＺ方向に貫通している。Ｙ軸センサ２５Ｙは、Ｙ軸ガイド１７Ｙに対して仮想平面ＶＰ（工具回転軸ＡＴを通る、ＹＺ平面に平行な面）の側に位置しており、より詳細には、仮想平面ＶＰ内に位置している。

【0064】

Ｚ軸センサ２５Ｚでは、スケール部２７及び検出部２９の一方（図示の例では検出部２９）は、Ｚ軸テーブル９Ｚに直接的に又は間接的に固定されている。スケール部２７及び検出部２９の他方（図示の例ではスケール部２７）は、Ｚ軸ベッド１９Ｚに対して直接的に又は間接的に固定されている。従って、Ｚ軸テーブル９Ｚが移動すると、スケール部２７及び検出部２９は相対移動する。これにより、Ｚ軸テーブル９Ｚの変位（位置）が検出される。より詳細には、例えば、以下のとおりである。

【0065】

Ｘ軸ベッド１９ＸをＺ軸ベッド１９Ｚの側に延長した部分の上面にはＺ軸スケール配置部２１Ｚが設けられている。Ｚ軸センサ２５Ｚのスケール部２７は、Ｚ軸スケール配置部２１Ｚの上面に設けられ、Ｚ方向に延び、Ｘ方向に幅を有している。Ｚ軸センサ２５Ｚの検出部２９は、Ｚ軸テーブル９Ｚに固定された適宜な形状及び寸法の支持部材（符号省略）によって支持されており、スケール部２７に対して上方から対向している。Ｚ軸センサ２５Ｚは、Ｚ軸ガイド１７Ｚに対して、仮想平面ＶＰ（ワーク回転軸ＡＷを通る、ＸＺ平面に平行な面）の側に位置しており、より詳細には、仮想平面ＶＰ内に位置している。

【0066】

仮想平面ＶＰから２次元スケール（２５Ｘ、２５Ｙ又は２５Ｚ）までの距離を参照したり、仮想平面ＶＰの法線方向において２次元スケールの位置とリニアガイド（１７Ｘ、１７Ｙ又は１７Ｚ）の位置とを比較したりするとき、２次元スケールの位置は、検出に直接的に寄与する部分を基準としてよい。例えば、スケール部２７の検出部２９と対向する表面（別の観点では仮想平面ＶＰと平行な面）を基準としてよい。例えば、Ｘ軸センサ２５Ｘでは、スケール部２７の上面（ただし検出部２９と対向する領域）の位置が基準とされてよい。

【0067】

また、リニアガイドの位置は、２次元スケールがリニアガイドよりも仮想平面ＶＰの側に位置するという要件が相対的に厳しく判定されるように、可動部の案内に直接的に寄与する部分のうち仮想平面ＶＰの側に位置する部分を基準としてよい。例えば、Ｘ軸ガイド１７Ｘにおいては、Ｘ軸テーブル９Ｘの下面の突条の表面（傾斜面）のうち、不図示のコロと接触する領域の上端が基準とされてよい。

【0068】

２次元スケールが仮想平面ＶＰ内に位置するというとき、上記のように２次元スケールの位置の基準（例えばスケール部２７の表面）が厳密に仮想平面ＶＰ内に位置している必要はない。例えば、両者の距離が、スケール部２７と検出部２９との距離（ギャップ）の５倍以下、２倍以下又は１倍以下の場合は、２次元スケールは、仮想平面ＶＰ内に位置していると捉えられてよい。ギャップは、例えば、２ｍｍ以下又は１ｍｍ以下である。

【0069】

各軸において、２次元スケールの検出部２９は、可動部（９Ｘ、１３又は９Ｚ）が移動すべき方向において、加工点の近くに位置していてよい。換言すれば、検出部２９は、加工点を含み、可動部が移動すべき方向に直交する仮想平面（不図示）の近く（例えば上記仮想平面内）に位置していてよい。さらに換言すれば、検出部２９は、上記直交する仮想平面（不図示）と仮想平面ＶＰとの交線の近く（例えば交線内）に位置していてよい。加工点に代えて、その可動部が支持する主軸（１５Ｗ又は１５Ｔ）の先端かつその主軸の回転軸上の位置が基準とされてもよい。検出部２９の基準位置は、実質的に検出に寄与する部分の中心とされてよい。上記直交する仮想平面（不図示）又は交線の「近く」は、例えば、仮想平面ＶＰからリニアガイドまでの距離の１／２未満、１／３未満、１／５未満又は１／１０未満とされてよい。

【0070】

例えば、Ｘ軸センサ２５Ｘの検出部２９は、Ｘ方向に直交し、工具回転軸ＡＴを含む仮想平面の近くに配置されてよい（図示の例）。Ｚ軸センサ２５Ｚの検出部２９は、図示の例とは異なり、Ｚ方向に直交し、ワーク主軸１５Ｗの先端を含む仮想平面の近くに配置されてよい。Ｙ軸センサ２５Ｙの検出部２９は、図示の例とは異なり、Ｙ方向に直交し、工具主軸１５Ｔの先端を含む仮想平面の近くに配置されてよい。このようにすることによって、例えば、後述するヨーの影響の説明（４．２節）から理解されるように、２次元スケールが位置を検出する２方向に直交する軸の回りの回転誤差を、２次元スケールの横方向における加工点の誤差として変換する必要性が低減される。

【0071】

（２．３．スケール配置部）
スケール配置部（２１Ｘ、２１Ｙ及び２１Ｚ）の位置、形状及び寸法等は、２次元スケール（１７Ｘ、１７Ｙ及び１７Ｚ）を所望の位置に配置できるように適宜に設定されてよい。図示の例では、以下のとおりである。

【0072】

スケール配置部の形状は直方体状とされている。また、スケール配置部は、中実な（空洞でない）金属部材とされている。換言すれば、スケール配置部は、金属によって一体的に形成されている。このようにいうとき、細部の形状は考慮外とされてよい。細部の形状としては、例えば、スケール配置部を基台７等に取り付けるための部位の形状、及び２次元スケールをスケール配置部に取り付けるための部位の形状が挙げられる。別の観点では、例えば、雌ネジ、ボルトが挿通される貫通孔（雌ネジでない孔）、又は何らかの部材の一部が嵌合する凹部が挙げられる。金属の種類は任意であり、例えば、鋳鉄である。

【0073】

各軸において、スケール配置部は、リニアガイドを介して可動部を支持している部材（固定部）とは異なる部材（例えば固定部を支持している支持部）に支持されている。さらに、スケール配置部は、固定部から離れている。具体的には以下のとおりである。

【0074】

Ｘ軸スケール配置部２１Ｘは、Ｘ軸ベッド１９Ｘに支持されるのではなく、基台７に支持されている。また、Ｘ軸スケール配置部２１Ｘは、Ｘ軸ベッド１９Ｘに対してＺ方向に離れている。

【0075】

Ｙ軸スケール配置部２１Ｙは、コラム１１に支持されるのではなく、Ｘ軸テーブル９Ｘに支持されている。また、Ｙ軸スケール配置部２１Ｙは、コラム１１に対してＺ方向に離れている。

【0076】

Ｚ軸スケール配置部２１Ｚは、Ｚ軸ベッド１９Ｚに支持されるのではなく、Ｘ軸ベッド１９Ｘの延長部分に支持されている。また、Ｚ軸スケール配置部２１Ｚは、Ｚ軸ベッド１９Ｚに対してＸ方向に離れている。

【0077】

各軸において、スケール配置部と固定部（１９Ｘ、１１又は１９Ｚ）との距離は、両者が接触しない限り任意である。例えば、１ｃｍ未満であってもよいし、１ｃｍ以上であってもよい。

【0078】

なお、図示の例とは異なり、スケール配置部は、複数の部材が組み合わされて構成されたり、空洞を有していたり、固定部に支持されていたりしてもよい。

【0079】

（３．制御系）
（３．１．複数の軸の制御系）
（３．１．１．制御の概要）
図４は、加工機１における制御系の構成を示すブロック図である。

【0080】

図４の左側においては、３軸の可動部（９Ｘ、１３及び９Ｚ）と、３軸の２次元スケール（２５Ｘ、２５Ｙ及び２５Ｚ）と、３軸の可動部を駆動する電動機（２３Ｘ、２３Ｙ及び２３Ｚ）とが模式的に示されている。また、図４の右側においては、コントローラ５の構成が示されている。

【0081】

コントローラ５は、３軸の２次元スケールからの信号を処理する信号処理部３４と、信号処理部３４からの信号に基づいて３軸の電動機を制御する制御本体部３５と、を有している。信号処理部３４は、軸毎に、入力処理部（３１Ｘ、３１Ｙ又は３１Ｚ）と、２つの補正部（３１Ｘｘ及び３１Ｘｚ、３１Ｙｙ及び３１Ｙｚ、又は３１Ｚｘ及び３１Ｚｚ）と、を有している。制御本体部３５は、軸毎に、電動機を制御する制御部（３３Ｘ、３３Ｙ又は３３Ｚ）を有している。

【0082】

各軸の入力処理部（３１Ｘ、３１Ｙ又は３１Ｚ）は、２次元スケールから入力された信号に基づいて２方向の変位及び回転誤差を特定する。各軸において、各補正部（３２Ｘｘ等）は、後に詳述するように、入力処理部が特定した回転誤差に基づいて、入力処理部が特定した２方向のいずれかの変位を補正する。各軸において、２方向の変位のうち１つ（可動部が移動すべき方向の変位）は、通常のフィードバック制御に利用される。残りの１つ（誤差）は、当該誤差が工具１０１及びワーク１０３の相対位置に及ぼす影響を打ち消すために他の軸の制御に利用される。

【0083】

なお、信号処理部３４、制御本体部３５、入力処理部、補正部及び軸毎の制御部（３３Ｘ、３３Ｙ又は３３Ｚ）は、機能上又は概念上の区分である。従って、例えば、ハードウェアの観点においては、これらの制御部は、一体的に構成されていてもよいし、分散されて構成されていてもよい。また、制御部（３３Ｘ、３３Ｙ又は３３Ｚ）は、ドライバを含んでいると捉えられてもよいし、ドライバを含んでいない（別の観点では図４ではドライバの図示が省略されている）と捉えられてもよい。

【0084】

一般に、センサの語は、物理量を信号に変換するトランスデューサーのみを指す場合と、トランスデューサーと、これに接続された機能部とを含んだ装置を指す場合とがある。機能部としては、例えば、トランスデューサーに電力を供給するドライバ、及びトランスデューサーからの信号の処理を行う演算部が挙げられる。本実施形態においても、２次元スケールは、いずれであっても構わない。また、上記のように、図示の区分は機能上又は概念上のものであるから、２次元スケールの流通段階等において、信号処理部３４の一部（例えば入力処理部（３１Ｘ、３１Ｙ又は３１Ｚ））は、２次元スケールの一部とされていても構わない。

【0085】

（３．１．２．信号処理）
入力処理部（３１Ｘ、３１Ｙ又は３１Ｚ）から補正部（３２Ｘｘ等）への信号経路に付した記号の意味は、以下のとおりである。なお、以下では、便宜上、サドル１３をＹ軸テーブルと称する。また、図４に示されておらず、図８に示されている記号についても示す。
ＸＰｏｓＸ：「Ｘ」軸テーブルの「Ｘ」方向の「変位」
ＸＰｏｓＹ：「Ｘ」軸テーブルの「Ｙ」方向の「変位」（誤差）
ＸＰｏｓＺ：「Ｘ」軸テーブルの「Ｚ」方向の「変位」（誤差）
ＹＰｏｓＸ：「Ｙ」軸テーブルの「Ｘ」方向の「変位」（誤差）
ＹＰｏｓＹ：「Ｙ」軸テーブルの「Ｙ」方向の「変位」
ＹＰｏｓＺ：「Ｙ」軸テーブルの「Ｚ」方向の「変位」（誤差）
ＺＰｏｓＸ：「Ｚ」軸テーブルの「Ｘ」方向の「変位」（誤差）
ＺＰｏｓＹ：「Ｚ」軸テーブルの「Ｙ」方向の「変位」（誤差）
ＺＰｏｓＺ：「Ｚ」軸テーブルの「Ｚ」方向の「変位」
ＸＲｏｔＸ：「Ｘ」軸テーブルの「Ｘ」軸回りの「回転誤差」
ＸＲｏｔＹ：「Ｘ」軸テーブルの「Ｙ」軸回りの「回転誤差」
ＸＲｏｔＺ：「Ｘ」軸テーブルの「Ｚ」軸回りの「回転誤差」
ＹＲｏｔＸ：「Ｙ」軸テーブルの「Ｘ」軸回りの「回転誤差」
ＹＲｏｔＹ：「Ｙ」軸テーブルの「Ｙ」軸回りの「回転誤差」
ＹＲｏｔＺ：「Ｙ」軸テーブルの「Ｚ」軸回りの「回転誤差」
ＺＲｏｔＸ：「Ｚ」軸テーブルの「Ｘ」軸回りの「回転誤差」
ＺＲｏｔＹ：「Ｚ」軸テーブルの「Ｙ」軸回りの「回転誤差」
ＺＲｏｔＺ：「Ｚ」軸テーブルの「Ｚ」軸回りの「回転誤差」

【0086】

入力処理部及び補正部の動作については、既述のとおりであるが、念のために、軸毎に符号を付して述べる。

【0087】

Ｘ軸入力処理部３１Ｘは、Ｘ軸センサ２５Ｘからの信号に基づいて、Ｘ軸テーブル９ＸのＸ方向の変位（ＸＰｏｓＸ）及びＺ方向の変位（ＸＰｏｓＺ）と、Ｙ軸回りの回転誤差（ＸＲｏｔＹ）とを特定する。補正部３２Ｘｘは、ＸＲｏｔＹに基づいてＸＰｏｓＸを補正する。補正部３２Ｘｚは、ＸＲｏｔＹに基づいてＸＰｏｓＺを補正する。

【0088】

Ｙ軸入力処理部３１Ｙは、Ｙ軸センサ２５Ｙからの信号に基づいて、サドル１３のＹ方向の変位（ＹＰｏｓＹ）及びＺ方向の変位（ＹＰｏｓＺ）と、Ｘ軸回りの回転誤差（ＹＲｏｔＸ）とを特定する。補正部３２Ｙｙは、ＹＲｏｔＸに基づいてＹＰｏｓＹを補正する。補正部３２Ｙｚは、ＹＲｏｔＸに基づいてＹＰｏｓＺを補正する。

【0089】

Ｚ軸入力処理部３１Ｚは、Ｚ軸センサ２５Ｚからの信号に基づいて、Ｚ軸テーブル９ＺのＺ方向の変位（ＺＰｏｓＺ）及びＸ方向の変位（ＺＰｏｓＸ）と、Ｙ軸回りの回転誤差（ＺＲｏｔＹ）とを特定する。補正部３２Ｚｚは、ＺＲｏｔＹに基づいてＺＰｏｓＺを補正する。補正部３２Ｚｘは、ＺＲｏｔＹに基づいてＺＰｏｓｘを補正する。

【0090】

各軸において、２次元スケールから入力処理部（３１Ｘ、３１Ｙ又は３１Ｚ）へは、例えば、３つの検出部（２９ａ、２９ｂ及び２９ａ）が生成する３つの信号が入力される。各信号は、例えば、検出部（２９ａ、２９ｂ又は２９ａ）の直下を通過した１つのパターン２７ｃと１つの波形（パルス波）とが対応しているパルス信号である。パルス波は、例えば、正弦波、矩形波、三角波又はのこぎり波である。

【0091】

各軸の入力処理部（３１Ｘ、３１Ｙ又は３１Ｚ）は、例えば、入力された３つの信号に基づいて、（３）式～（６）式と等価な演算を行って、２つの方向の変位及び回転誤差を特定する。補正部による補正の具体例については後述する（第４節）。

【0092】

（３．１．３．フィードバック制御）
既述のとおり、各軸において、可動部（９Ｘ、１３又は９Ｚ）が移動すべき方向の検出変位は、当該方向のフィードバック制御（通常のフィードバック制御）に利用される。具体的には、以下のとおりである。

【0093】

補正部３２Ｘｘが算出したＸ軸テーブル９ＸのＸ方向における変位（信号ＳＸｘ）は、Ｘ軸制御部３３Ｘによって、Ｘ軸テーブル９Ｘを駆動するＸ軸電動機２３Ｘのフルクローズドループ制御に利用される。補正部３２Ｙｙが算出したサドル１３のＹ方向における変位（信号ＳＹｙ）は、Ｙ軸制御部３３Ｙによって、サドル１３を駆動するＹ軸電動機２３Ｙのフルクローズドループ制御に利用される。補正部３２Ｚｚが算出したＺ軸テーブル９ＺのＺ方向における変位（信号ＳＺｚ）は、Ｚ軸制御部３３Ｚによって、Ｚ軸テーブル９Ｚを駆動するＺ軸電動機２３Ｚのフルクローズドループ制御に利用される。

【0094】

（３．１．４．誤差の補償）
既述のとおり、各軸において、可動部が移動すべき方向に直交する方向の検出変位（検出誤差）は、誤差に起因する工具１０１及びワーク１０３の相対位置の誤差を低減する制御に利用される。具体的には、以下のとおりである。

【0095】

補正部３２Ｘｚが算出したＸ軸テーブル９ＸのＺ方向の誤差（信号ＳＸｚ）は、補正部３２Ｚｚが算出したＺ方向の変位（信号ＳＺｚ）に加算部３６Ｚによって加算されてＺ軸制御部３３Ｚに入力される。便宜上、「加算」と表現しているが、Ｘ軸テーブル９ＸのＺ方向の誤差と同じ方向及び同じ量で、Ｚ軸テーブル９Ｚの本来の制御量（信号ＳＺｚに基づく移動量）が補正されるように演算が行われる（制御部内の実際の演算は減算であってもよい。以下、同様。）。

【0096】

補正部３２Ｙｚが算出したサドル１３のＺ方向の誤差（信号ＳＹｚ）は、補正部３２Ｚｚが算出したＺ方向の変位（信号ＳＺｚ）に加算部３６Ｚによって加算されてＺ軸制御部３３Ｚに入力される。便宜上、「加算」と表現しているが、サドル１３のＺ方向の誤差と同じ方向及び同じ量で、Ｚ軸テーブル９Ｚの本来の制御量（別の観点では信号ＳＺｚに基づく移動量）が補正されるように演算が行われる。

【0097】

補正部３２Ｚｘが算出したＺ軸テーブル９ＺのＸ方向の誤差（信号ＳＺｘ）は、補正部３２Ｘｘが算出したＸ方向の変位（信号ＳＸｘ）に加算部３６Ｘによって加算されてＸ軸制御部３３Ｘに入力される。便宜上、「加算」と表現しているが、例えば、Ｚ軸テーブル９ＺのＺ方向の誤差と同じ方向及び同じ量で、Ｘ軸テーブル９Ｘの本来の制御量（別の観点では信号ＳＸｘに基づく移動量）が補正されるように演算が行われる。

【0098】

各軸の制御部（３３Ｘ、３３Ｙ又は３３Ｚ）において、信号処理部３４からの信号に基づく位置の取得、及び取得した位置に基づく電動機（２３Ｘ、２３Ｙ又は２３Ｚ）の制御は、所定の制御周期で繰り返し行われる。３軸の制御部（３３Ｘ、３３Ｙ及び３３Ｚ）における制御周期は、例えば、互いに同じ（異ならせることも不可能ではない。）であり、また、同期が図られる。

【0099】

各軸の入力処理部（３１Ｘ、３１Ｙ又は３１Ｚ）は、例えば、所定のサンプリング周期で２次元スケール（２５Ｘ、２５Ｙ又は２５Ｚ）から信号を取得して、２方向の変位及び回転誤差（検出値）を算出する。３軸の入力処理部（３１Ｘ、３１Ｙ及び３１Ｚ）におけるサンプリング周期は、例えば、互いに同じ（異ならせることも不可能ではない。）であり、また、同期が図られる。

【0100】

サンプリング周期は、例えば、制御周期に対して、同じとされたり、短くされたりしてよい。いずれにせよ、制御周期毎の制御においては、生の（処理が施されてない）検出値が用いられてもよいし、何らかの処理が施された検出値が用いられたりしてよい。

【0101】

例えば、各軸の制御部（３３Ｘ、３３Ｙ又は３３Ｚ）が用いる、各軸の可動部（９Ｘ、１３又は９Ｚ）が移動すべき方向（第１方向）の変位（ＸＰｏｓＸ、ＹＰｏｓＹ又はＺＰｏｓＺ）は、最新の生の検出値とされてよい。これにより、例えば、第１方向の実際の位置に対して制御遅れが生じる蓋然性を低減できる。

【0102】

一方で、各軸の制御部（３３Ｘ、３３Ｙ又は３３Ｚ）が用いる誤差（ＸＰｏｓＺ、ＹＰｏｓＺ、ＺＰｏｓＸ、ＸＲｏｔＹ、ＹＲｏｔＸ又はＺＲｏｔＹ）は、最新の検出値を含む所定数（例えば１０個）の検出値の平均値とされてよい。これにより、例えば、特異的な誤差に過剰に応答する蓋然性が低減される。

【0103】

サンプリング周期及び制御周期の具体的な値は、加工機１に要求される精度等に応じて適宜に設定されてよく、特に限定されない。例を示すと、サンプリング周期及び／又は制御周期は、０．０２ｓｅｃ以下、０．０１ｓｅｃ以下又は０．００５ｓｅｃ以下とされてよい。

【0104】

（３．２．各軸における制御系）
図５は、各軸における制御系の構成の一例を示すブロック図である。ここでは、Ｚ軸テーブル９Ｚを駆動する制御に係る構成を例に取っている。

【0105】

図４を参照して述べたように、Ｚ軸テーブル９Ｚを駆動する制御においては、Ｚ軸センサ２５Ｚの検出値だけでなく、Ｘ軸センサ２５Ｘ及びＹ軸センサ２５Ｙの検出値が利用されてよい。ここでは、まず、Ｚ軸センサ２５Ｚの検出値に基づく制御について述べる。その後、Ｘ軸センサ２５Ｘ及びＹ軸センサ２５Ｙの検出値の利用態様について述べる。Ｚ軸センサ２５Ｚの検出値に基づく制御の説明では、便宜上、加算部３６Ｚ、Ｘ軸センサ２５Ｘ及びＹ軸センサ２５Ｙの存在を無視した表現をすることがある。

【0106】

（３．２．１．Ｚ軸センサに基づくＺ軸の制御）
Ｚ軸センサ２５Ｚの検出値（信号ＳＺｚ）に基づくＺ軸テーブル９Ｚを駆動する制御は、例えば、工作機械における一般的な制御と同様とされてよい。例えば、以下のとおりである。なお、念のために記載すると、図４を参照して述べたように、信号ＳＺｚは、補正部３２Ｚｚによって補正されたものである。従って、以下に述べる制御の手順が一般的であっても、当該制御は、全体としては実質的に一般的なものとは異なる。

【0107】

ＮＣプログラム１０７は、各軸の駆動に関する指令の情報を含んでいる。例えば、ＮＣプログラム１０７は、Ｘ軸テーブル９Ｘ、Ｚ軸テーブル９Ｚ及びサドル１３の移動に関する指令の情報を含んでいる。移動に関する指令の情報は、例えば、移動軌跡上の複数の位置、及び複数の位置間の速度の情報を含んでいる。

【0108】

コントローラ５の解釈部３９は、ＮＣプログラム１０７を読み出して解釈する。これにより、例えば、テーブル（９Ｘ及び９Ｚ）及びサドル１３のそれぞれについて、順次に通過する複数の位置と、複数の位置間の速度の情報が取得される。

【0109】

コントローラ５の補間部４１は、解釈部３９が取得した情報に基づいて、所定の制御周期毎の目標位置等を算出する。例えば、順次に通過する２つの位置と、その２つの位置の間の速度とに基づいて、制御周期毎に順次に到達すべき複数の目標位置を２つの位置の間に設定する。補間部４１は、軸毎に制御周期毎の目標位置等を算出して出力する。図５では、Ｚ軸テーブル９Ｚの制御周期毎の目標位置がコントローラ５の加算部４３に出力されている。

【0110】

加算部４３には、上記の目標位置に加えて、Ｚ軸センサ２５Ｚによって検出されたＺ軸テーブル９ＺのＺ方向における検出位置（信号ＳＺｚ）が入力される。加算部４３は、目標位置と検出位置との偏差を算出する。算出された偏差（制御周期毎の目標移動量）は、コントローラ５の位置制御部４５に入力される。

【0111】

位置制御部４５は、入力された偏差に所定のゲインを乗じて制御周期毎の目標速度を算出し、コントローラ５の加算部４７に出力する。加算部４７には、上記の目標速度に加えて、Ｚ軸テーブル９ＺのＺ方向の検出速度が入力される。検出速度は、Ｚ軸センサ２５Ｚが検出したＺ方向の検出位置が微分部５５によって微分されることによって算出される。加算部４７は、目標速度と検出位置との偏差を算出し、コントローラ５の速度制御部４９に出力する。

【0112】

速度制御部４９は、入力された偏差に所定のゲインを乗じて制御周期毎の目標電流（目標トルク）を算出し、コントローラ５の加算部５１に出力する。加算部５１は、入力された制御周期毎の目標電流と、不図示の電流検出部からの検出電流との偏差を算出し、コントローラ５の電流制御部５３に出力する。電流制御部５３は、入力された偏差に応じた電力をＺ軸電動機２３Ｚに供給する。

【0113】

（３．２．２．他の軸のセンサに基づくＺ軸の制御）
図５に示すＺ軸センサ２５Ｚから加算部４３へ至る経路においては、図４でも示した加算部３６Ｚが位置している。従って、加算部４３に入力されるＺ軸テーブル９Ｚの検出位置は、加算部３６Ｚによって補正されたものとなっている。

【0114】

具体的には、Ｚ軸テーブル９Ｚの検出位置から、Ｘ軸テーブル９ＸのＺ方向の位置誤差（信号ＳＸｚ）が減算されるとともに、サドル１３のＺ方向の位置誤差（信号ＳＹｚ）が減算されている。別の観点では、加算部４３がＺ軸テーブル９Ｚの検出位置（信号ＳＺｚ）のみに基づいて算出する偏差に対して、上記位置誤差（信号ＳＸｚ及びＳＹｚ）が加算されていると捉えることができる。

【0115】

その結果、例えば、Ｚ軸テーブル９Ｚの位置は、上記位置誤差（信号ＳＸｚ及びＳＹｚ）と同じ方向へ同じ量でＺ軸テーブル９Ｚの移動量を増加させるように制御される。これにより、他の軸の位置誤差が工具１０１及びワーク１０３の相対位置に及ぼす影響は、Ｚ軸テーブル９Ｚの移動によって打ち消される。

【0116】

また、加算部３６Ｚは、Ｚ軸センサ２５Ｚからの経路が微分部５５へ分岐する手前に位置している。すなわち、微分部５５に入力されるＺ軸テーブル９Ｚの検出位置は、加算部３６Ｚによって補正されたものとなっており、ひいては、加算部４７に入力されるＺ軸テーブル９Ｚの検出速度は、間接的に加算部３６Ｚによって補正されたものとなっている。

【0117】

具体的には、加算部４７に入力された検出速度は、Ｚ軸テーブル９Ｚの検出速度から、Ｘ軸テーブル９ＸのＺ方向の速度誤差が減算されるとともに、サドル１３のＺ方向の速度誤差が減算されたものとなっている。別の観点では、加算部４７がＺ軸テーブル９Ｚの検出速度のみに基づいて算出する偏差に対して、上記速度誤差が加算されていると捉えることができる。

【0118】

その結果、例えば、Ｚ軸テーブル９Ｚの速度は、上記速度誤差（信号ＳＸｚ及びＳＹｚ）と同じ方向へ同じ量でＺ軸テーブル９Ｚの速度を増加させるように制御される。これにより、他の軸の速度誤差が工具１０１及びワーク１０３の相対速度に及ぼす影響は、Ｚ軸テーブル９Ｚの移動によって打ち消される。

【0119】

Ｚ軸テーブル９Ｚは、工具１０１及びワーク１０３の一方（図１ではワーク１０３）を保持し、Ｘ軸テーブル９Ｘ（又はサドル１３）は、工具１０１及びワーク１０３の他方（図１では工具１０１）を保持している。このことから、Ｘ軸テーブル９Ｘ（又はサドル１３）の誤差は、上記のように、Ｚ軸テーブル９Ｚの変位から減算されている。上記とは異なり、２つの可動部が、共に工具１０１を保持している態様、又は共にワーク１０３を保持している態様においては、上記とは逆に、一方の可動部の誤差が他方の可動部の変位に加算（減算を除く狭い意味）されてよい。すなわち、可動部は、他の軸の誤差と同じ量で誤差とは逆側へ移動するように制御されてよい。

【0120】

例えば、後述する第２実施形態では、Ｘ軸センサ２２５ＸによってＸ軸テーブル９ＸのＹ方向の誤差（図８のＸＰｏｓＹ）も検出される。この誤差は、Ｙ軸センサ２２５Ｙによって検出されるサドル１３のＹ方向の変位（図８のＹＰｏｓＹ）に加算（狭義）されてよい。これにより、上記誤差が工具１０１とワーク１０３との相対位置に及ぼす影響が打ち消される。

【0121】

なお、以上の説明は、図１に示す直交座標系ＸＹＺの正負をそのまま制御に適用した場合の概念上のものである。従って、例えば、実際のコントローラ５内の演算においては、加算及び減算は上記の説明と逆であっても構わない。

【0122】

（３．２．３．補足）
上記の説明では、Ｚ軸テーブル９Ｚの移動に係る制御について述べたが、上記の説明は、適宜に他の軸の可動部（本実施形態ではＸ軸テーブル９Ｘ及びサドル１３）の移動に係る制御に援用されてよい。３．２．１節の説明が他の軸の可動部に援用できることは明らかである。また、３．２．２節の説明は、全体の制御系の構成（図４及び後述する図８等）に応じて適宜に援用されてよい。

【0123】

例えば、図４から理解されるように、第１実施形態では、Ｙ軸センサ２５Ｙの検出値をＸ軸テーブル９Ｘに係る制御に利用していない。従って、第１実施形態において、３．２．２節の説明をＸ軸テーブル９Ｘの説明に援用するときは、Ｙ軸センサ２５Ｙに係る説明を削除し、Ｘの語とＺの語とを交互に置換する。また、第１実施形態では、サドル１３に係る制御は、他の軸のセンサの検出値を利用していない。従って、３．２．２節の説明をサドル１３の説明に援用する必要はない。

【0124】

図４及び図５に示した構成は、あくまで一例であり、適宜に変形されてよい。例えば、特に図示しないが、図５において、フィードフォワード制御が付加されてもよい。電流ループに代えて加速度ループが挿入されてもよい。電動機（２３Ｚ等）の回転を検出する回転センサ（例えばエンコーダ又はレゾルバ）が設けられている場合においては、その回転センサの検出値に基づいて速度制御がなされてもよい。フィードフォワード及び加速度ループにおいて、他の軸（図５ではＸ軸及びＹ軸）の誤差が利用されてもよい。

【0125】

図５の例では、他の軸（例えばＸ軸）の速度の誤差は、他の軸の変位の誤差とＺ軸の変位とが足し合わされて共に微分されることによってＺ軸の制御に組み込まれている。ただし、他の軸の変位の誤差がＺ軸の変位とは別個に微分されて速度の誤差が求められ、その後、他の軸の速度の誤差とＺ軸の速度の誤差とが足し合わされてもよい。

【0126】

図５の例では、他の軸の変位の誤差は、加算部３６Ｚを介して加算部４３に入力された。ただし、加算部４３への入力に代えて、補間部４１に入力されて制御周期毎の目標位置の算出に利用されてもよい。同様に、他の軸の速度の誤差は、加算部３６Ｚを介して加算部４７に入力されるのではなく、上記のようにＺ軸の速度とは別個に算出されて、位置制御部４５による目標速度の算出に利用されてもよい。

【0127】

なお、図５において、解釈部３９から電流制御部５３まで（微分部５５を含む）は、図４の制御本体部３５に対応している。位置制御部４５から電流制御部５３まで（微分部５５を含む）は、Ｚ軸制御部３３Ｚに対応している。

【0128】

（４．回転誤差の影響の算出方法）
可動部（９Ｘ、１３又は９Ｚ）が回転誤差を生じると、その回転誤差は、工具１０１とワーク１０３との相対位置（別の観点では加工点）に影響する。図４に示した補正部（３２Ｘｘ、３２Ｘｚ、３２Ｙｙ、３２Ｙｚ、３２Ｚｚ又は３２Ｚｘ）は、例えば、可動部の回転誤差を工具１０１とワーク１０３との相対位置の誤差に変換して変位に加算（広義）している。その変換の算出方法は適宜なものとされてよい。以下に例を示す。

【0129】

可動部（９Ｘ、１３又は９Ｚ）の移動すべき方向に平行な軸の回りの回転をロールと称する。例えば、Ｚ軸テーブル９Ｚに関しては、ロールは、Ｚ軸回りの回転である。また、可動部がリニアガイドによって支持される方向に平行な軸の回りの回転をヨーと称する。例えば、Ｚ軸テーブル９Ｚに関しては、ヨーは、Ｙ軸回りの回転である。また、上記の２つの軸に直交する軸の回りの回転をピッチと称する。例えば、Ｚ軸テーブル９Ｚに関しては、ピッチは、Ｘ軸回りの回転である。

【0130】

第１実施形態では、いずれの軸についてもロールは検出されていない。ひいては、第１実施形態では、ロールは工具１０１とワーク１０３との相対位置の誤差に変換されていない。ただし、ロールに係る説明は、２次元スケールの位置を仮想平面ＶＰに近づけていることによる効果の理解に役立ち、また、後述する第２実施形態の理解に役立つ。

【0131】

以下の説明では、主として、Ｚ軸テーブル９Ｚを例にとって説明する。ただし、以下の説明が他の軸に援用できることは明らかである。また、以下の説明では、便宜上、値の正負を厳密に扱わないことがある。

【0132】

（４．１．ロールの影響）
図６は、Ｚ軸テーブル９Ｚのロールがワーク回転軸ＡＷの位置（別の観点では工具１０１とワーク１０３との相対位置）に及ぼす影響を説明する模式図である。なお、ワーク回転軸ＡＷの位置は、Ｚ方向に見たときの加工点の位置として捉えられてよい。ここでは、２つのＺ軸ガイド１７Ｚのうち、－Ｘ側のＺ軸ガイド１７Ｚがロールの回転中心となっている状態が想定されている。

【0133】

図６において付された記号が示す位置又は寸法等は、以下のとおりである。
Ｃｒ：ロールの回転中心（ロール中心）
Ｌｒ：ロール中心からワーク回転軸ＡＷまでのＸ方向の距離
ｈｒ：ロール中心からワーク回転軸ＡＷまでのＹ方向の距離
θｒ：ロール中心とワーク回転軸ＡＷとを結ぶ線がＹ軸となす角度
ｒｒ：ロール中心からワーク回転軸ＡＷまでの距離（回転半径）
αｒ：ロールにより生じる角度の変化（回転誤差）
ｄＬｒ：ロールにより生じるＸ方向の変位（誤差）
ｄｈｒ：ロールにより生じるＹ方向の変位（誤差）

【0134】

上記のように記号の意味を定義したとき、以下の式が成り立つ。
ｄＬｒ＝ｒｒ×ｓｉｎ（θｒ＋αｒ）－ｒｒ×ｓｉｎ（θｒ）
＝ｒｒ｛ｓｉｎ（θｒ＋αｒ）－ｒｒ×ｓｉｎ（θｒ）｝
＝ｒｒ｛ｓｉｎ（θｒ）ｃｏｓ（αｒ）＋ｃｏｓ（θｒ）ｓｉｎ（αｒ）－ｓｉｎ（θｒ）｝

【0135】

ここで、αｒは微小であることから、以下のように近似することができる。
ｃｏｓ（αｒ）＝１
ｓｉｎ（αｒ）＝αｒ

【0136】

上記の近似式をｄＬｒの算出式に代入すると、以下の式を得られる。
ｄＬｒ≒ｒｒ×｛ｓｉｎ（θｒ）＋ｃｏｓ（θｒ）×αｒ－ｓｉｎ（θｒ）｝
＝ｒｒ×αｒ×ｃｏｓ（θｒ）
＝ｒｒ×αｒ×ｈｒ／ｒｒ
＝αｒ×ｈｒ
すなわち、
ｄＬｒ≒αｒ×ｈｒ

【0137】

同様にして、ｄｈｒを算出することができる。具体的には、まず、下記の式が成り立つ。
ｄｈｒ＝ｒｒ×ｃｏｓ（θｒ）－ｒｒ×ｓｉｎ（θｒ＋αｒ）
＝ｒｒ｛ｃｏｓ（θｒ）－ｓｉｎ（θｒ＋αｒ）｝
＝ｒｒ｛ｃｏｓ（θｒ）－ｃｏｓ（θｒ）ｃｏｓ（αｒ）＋ｓｉｎ（θｒ）ｓｉｎ（αｒ）｝

【0138】

上式に既述の近似式を代入すると、以下の式が得られる。
ｄｈｒ≒ｒｒ｛ｃｏｓ（θｒ）－ｃｏｓ（θｒ）＋ｓｉｎ（θｒ）×αｒ｝
＝ｒｒ×αｒ×ｓｉｎ（θｒ）
＝ｒｒ×αｒ×Ｌｒ／ｒｒ
＝αｒ×Ｌｒ
すなわち、
ｄｈｒ≒αｒ×Ｌｒ

【0139】

ｄＬｒ≒αｒ×ｈｒの式は、ｄＬｒの値が、αｒ及びｈｒによって決まり、Ｌｒ及びθｒによらないことを示している。すなわち、ワーク回転軸ＡＷを含む仮想平面ＶＰ内においては、いずれの位置においてもｄＬｒの値は同じである。従って、仮想平面ＶＰ内にＺ軸センサ２５Ｚが位置している場合、Ｚ軸センサ２５Ｚは、ロールによる回転誤差αｒに起因するワーク回転軸ＡＷにおけるＸ方向の誤差ｄＬｒをそのまま含んだ偏差を検出できていることになる。また、Ｚ軸センサ２５Ｚが仮想平面ＶＰ内に位置していないまでも、Ｚ軸センサ２５Ｚが仮想平面ＶＰに近づくほど、Ｚ軸センサ２５Ｚが検出するＸ方向の誤差に誤差ｄＬｒがより反映される。すなわち、Ｚ軸センサ２５Ｚによる誤差の検出の精度が実質的に向上する。

【0140】

なお、上記の説明からも理解されるように、ロール中心ＣｒがＺ軸ガイド１７Ｚと同じ高さに位置する限り、当該効果は成立する。また、本実施形態のように、２つのＺ軸ガイド１７Ｚが設けられている態様においては、ロール中心Ｃｒは、いずれかのＺ軸ガイド１７Ｚの位置となる蓋然性が高い。従って、例えば、説明の便宜上、－Ｘ側のＺ軸ガイド１７Ｚをロール中心Ｃｒと仮定したが、上記の式は、多くの場合に通用し、また、上記の効果は、多くの場合に奏される。

【0141】

第１実施形態とは異なり、ロールが検出される態様（例えば第２実施形態）においては、ｄＬｒ＝αｒ×ｈｒの式によってロールにおける回転誤差がＸ方向の変位誤差に変換され、Ｚ軸センサ２５Ｚによって検出されるＸ方向の変位誤差に加算されてよい。ただし、ｈｒとして、ワーク回転軸ＡＷ（加工点）とＺ軸センサ２５ＺとのＹ方向の距離（図６の例では０）を用いる。これにより、回転誤差αｒがワーク回転軸ＡＷのＸ方向の変位に及ぼす誤差のうち、Ｚ軸センサ２５Ｚによって検出されない部分がｄＬｒとして算出される。

【0142】

なお、上記から理解されるように、本実施形態では、ワーク回転軸ＡＷとＺ軸センサ２５ＺとのＹ方向の距離は０であるので、ロールが検出されたとしても、上記距離をｈｒとした場合のｄＬｒは０である。すなわち、ロールのｄＬｒは算出されなくてもよい。この観点においても、２次元スケールを仮想平面ＶＰ内に位置することによる効果を説明できる。

【0143】

同様に、ロールが検出される態様（例えば第２実施形態）においては、ｄｈｒ＝αｒ×Ｌｒの式によってロールにおける回転誤差がＹ方向の変位誤差に変換され、後述するＺ軸補助スケール２６Ｚ（図８）によって検出されるＹ方向の変位誤差に加算されてよい。ただし、Ｌｒとして、ワーク回転軸ＡＷ（加工点）とＺ軸補助スケール２６ＺとのＸ方向の距離を用いる。これにより、回転誤差αｒがワーク回転軸ＡＷのＹ方向の変位に及ぼす誤差のうち、Ｚ軸補助スケール２６Ｚによって検出されない部分がｄｈｒとして算出される。

【0144】

（４．２．ヨーの影響）
図７は、Ｚ軸テーブル９Ｚのヨーがワーク主軸１５Ｗの先端位置（別の観点では加工点）の位置に及ぼす影響を説明する模式図である。図７では、便宜上、加工点Ｐｐの符号をワーク回転軸ＡＷ上かつワーク主軸１５Ｗの先端に付している。実際の加工機１においても、ワーク主軸１５Ｗの先端位置が加工点Ｐｐの位置として用いられて演算が行われても構わない。

【0145】

図７において付された記号が示す位置又は寸法等は、以下のとおりである。
Ｃｙ：ヨーの回転中心（ヨー中心）
Ｌｙ：ヨー中心から加工点までのＸ方向の距離
ｗｙ：ヨー中心から加工点までのＺ方向の距離
θｙ：ヨー中心と加工点とを結ぶ線がＺ軸となす角度
ｒｙ：ヨー中心から加工点までの距離（回転半径）
αｙ：ヨーにより生じる角度の変化（回転誤差）
ｄＬｙ：ヨーにより生じるＸ方向の変位（誤差）
ｄｗｙ：ヨーにより生じるＺ方向の変位（誤差）

【0146】

ヨーに係る回転誤差αｙに起因する誤差ｄｗｙ及びｄＬｙの方向は、いずれもＺ軸センサ２５Ｚによって変位が検出される方向である。そして、既述のとおり、Ｚ軸センサ２５Ｚが検出した変位に基づいてＺ軸テーブル９Ｚ及びＸ軸テーブル９Ｘが制御される。従って、絶対座標系におけるヨーの回転中心の位置に関わらず、制御においては、Ｚ軸センサ２５Ｚの位置をヨーの回転中心であるものとし、αｙに起因するｗｙ及びｄＬｙが算出されて、Ｚ軸センサ２５Ｚの検出した変位に加算されてよい。

【0147】

上記のように各記号を定義したとき、以下の式を導くことができる。なお、ｄＬｒ及びｄｈｒと同様に導出できることから、以下の式の導出過程は省略する。
ｄＬｙ≒αｙ×ｗｒ
ｄｗｙ≒αｙ×Ｌｙ

【0148】

そして、図４に示す補正部３２Ｚｘは、ｄＬｙ＝αｙ×ｗｒによってＺＲｏｔＹ（＝αｙ）に基づくＺＰｏｚＸの補正量を算出してよい。また、補正部３２Ｚｚは、ｄｗｙ＝αｙ×ＬｙによってＺＲｏｔＹ（＝αｙ）に基づくＺＰｏｚＺの補正量を算出してよい。

【0149】

（４．３．ピッチの影響）
第１実施形態では、サドル１３（Ｙ軸）に関して、ピッチに係る回転誤差が検出されている。ヨーの説明がピッチに援用できることは明らかである。従って、ピッチに係る回転誤差をピッチの回転軸に直交する２方向の変位に変換する式等の説明は省略する。

【0150】

（５．加工システム）
図１に戻って、加工機１は、ＯｐｅｎＣＮＣ（computerized numerical control）などの技術を利用して診断装置９３と接続されてよい。別の観点では、加工機１と診断装置９３とによって加工システム９１が構築されてよい。

【0151】

診断装置９３は、例えば、コンピュータ（不図示）を含んで構成されてよい。コンピュータは、特に図示しないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び外部記憶装置を含んで構成されており、ＣＰＵがＲＯＭ及び／又は外部記憶装置に記憶されているプログラムを実行することによって、各種の機能部が構築される。

【0152】

診断装置９３（機能部）は、例えば、加工機１のコントローラ５から加工に係る情報を取得する。当該情報としては、例えば、各種の２次元スケール（２５Ｘ、２５Ｙ及び２５Ｚ）によって検出された誤差の情報が挙げられる。誤差の情報は、生の情報であってもよいし、何らかの処理が施された情報であってもよい。そして、診断装置９３は、取得した情報に基づく処理を行う。

【0153】

上記の取得した情報に基づく処理としては、例えば、取得した情報に基づく画像の表示が挙げられる。例えば、診断装置９３は、表示装置９３ａを有している。表示装置９３ａは、例えば、任意の画像を表示可能なものであり、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイによって構成されている。そして、診断装置９３は、取得した情報に応じて表示装置９３ａに表示させる画像を変化させる。

【0154】

診断装置９３が表示する画像の例としては、例えば、各可動部（９Ｘ、１３又は９Ｚ）が移動すべき方向の位置を横軸にし、誤差を縦軸にしたグラフのように誤差自体を示すものが挙げられる。また、画像は、取得した誤差（真直度）が大きいときに表示される所定の警告画像であってもよい。

【0155】

診断装置９３が実行する処理としては、上記の他、例えば、誤差（真直度）に応じてコントローラ５へ制御指令を送信するものが挙げられる。例えば、診断装置９３は、誤差が大きいときに加工のサイクルを停止させる信号をコントローラ５に送信してもよい。

【0156】

診断装置９３は、コントローラ５と隣接してケーブルで接続されていてもよいし、コントローラ５（加工機１）から離れており、無線通信及び／又は有線通信をコントローラ５との間で行ってもよい。後者の場合において、コントローラ５と診断装置９３との間にはインターネット及び／又は電話網が介在していてもよい。なお、診断装置９３がコントローラ５と隣接している場合、診断装置９３は、加工機１の一部と捉えられてもよい。また、診断装置９３は、コントローラ５に含まれていてもよい。

【0157】

（６．第１実施形態のまとめ）
以下、加工機１の特徴を抽出するとともに、その効果について説明する。以下の説明では、便宜上、２次元スケールによって誤差が検出される第１可動部として、可動部（９Ｘ、１３及び９Ｚ）のうちＺ軸テーブル９Ｚを例にとる。後述する第２実施形態のまとめも同様とする。もちろん、他の可動部（９Ｘ又は１３）を例にとった場合も同様のことがいえる。

【0158】

加工機１は、第１可動部（Ｚ軸テーブル９Ｚ）と、リニアガイド（Ｚ軸ガイド１７Ｚ）と、２次元スケール（Ｚ軸センサ２５Ｚ）と、主軸（ワーク主軸１５Ｗ）と、を有している。Ｚ軸テーブル９Ｚは、ワーク１０３又は工具１０１（図１の例ではワーク１０３）を支持する。Ｚ軸ガイド１７Ｚは、Ｚ軸テーブル９Ｚを第１方向（Ｚ方向）に案内する。Ｚ軸センサ２５Ｚは、Ｚ軸テーブル９ＺのＺ方向における第１変位（ＺＰｏｓＺ）と、Ｚ軸テーブル９ＺのＺ方向に直交する第２方向（Ｘ方向）の変位である第１誤差（ＺＰｏｓＸ）とに応じた信号を出力する。ワーク主軸１５Ｗは、Ｚ方向及びＸ方向に直交する第３方向（Ｙ方向）においてＺ軸ガイド１７Ｚと一定の位置関係を有している（別の観点ではＺ軸ガイド１７Ｚに対してＹ方向に不動である。）。また、ワーク主軸１５Ｗは、ワーク１０３又は工具１０１（図１の例ではワーク１０３）をＺ方向又はＸ方向に平行な第１回転軸（ワーク回転軸ＡＷ）回りに回転させる。ワーク回転軸ＡＷを含むとともにＸ方向及びＺ方向に平行な仮想平面ＶＰを仮定したときに、仮想平面ＶＰからＺ軸センサ２５Ｚまでの距離（図６では０）が、仮想平面ＶＰからＺ軸ガイド１７Ｚまでの距離ｈｒの１／３未満である。

【0159】

これにより、図６を参照して説明したように、ロールに係る回転誤差αｒに起因する工具１０１とワーク１０３との相対位置に係るＸ方向の誤差ｄＬｒを、Ｚ軸センサ２５Ｚが検出するＸ方向の誤差に含ませやすくなる。その結果、実質的に検出精度が向上する。また、その実質的に精度が向上した検出結果に基づいて加工機１を制御することによって、加工精度が向上し、製品の品質が向上する。

【0160】

２次元スケール（Ｚ軸センサ２５Ｚ）は、仮想平面ＶＰ内に位置していてよい。この場合、例えば、上記効果が向上しやすい。

【0161】

加工機１は、支持部（Ｘ軸ベッド１９Ｘの－Ｚ側への延長部分）と、固定部（Ｚ軸ベッド１９Ｚ）と、スケール配置部（Ｚ軸スケール配置部２１Ｚ）と、を有していてよい。Ｘ軸ベッド１９Ｘは、仮想平面ＶＰと対向している第１面（上面）を有していてよい。Ｚ軸ベッド１９Ｚは、Ｘ軸ベッド１９Ｘの上面に支持されていてよく、リニアガイド（Ｚ軸ガイド１７Ｚ）及び第１可動部（Ｚ軸テーブル９Ｚ）を支持していてよい。Ｚ軸スケール配置部２１Ｚは、Ｘ軸ベッド１９Ｘの上面に支持されていてよく、Ｚ軸ベッド１９Ｚから離れていてよい。２次元スケール（Ｚ軸センサ２５Ｚ）は、スケール部２７と、検出部２９とを有していてよい。Ｚ軸センサ２５Ｚのスケール部２７は、Ｚ軸スケール配置部２１Ｚに固定されていてよい。Ｚ軸センサ２５Ｚにおいて、検出部２９は、Ｚ軸テーブル９Ｚに固定されていてよく、スケール部２７との相対移動に応じて信号を出力してよい。Ｚ軸スケール配置部２１Ｚは、Ｘ軸ベッド１９Ｘの上面から仮想平面ＶＰの側へＺ軸ガイド１７Ｚ位置を超える高さを有していてよい。

【0162】

この場合、例えば、Ｚ軸センサ２５Ｚを仮想平面ＶＰに近づけることができる。その結果、上述した検出精度を向上させる効果が奏される。また、Ｚ軸センサ２５Ｚのスケール部２７は、Ｚ軸ベッド１９Ｚに配置されるのではなく（そのような態様も本開示に係る技術に含まれてよい。）、Ｚ軸ベッド１９Ｚから離れたＺ軸スケール配置部２１Ｚに配置される。その結果、例えば、Ｚ軸テーブル９Ｚの移動に伴ってＺ軸ベッド１９Ｚが変形したときに、Ｚ軸センサ２５Ｚのスケール部２７が変形する蓋然性が低減される。この観点からも検出精度が向上する。

【0163】

スケール配置部（Ｚ軸スケール配置部２１Ｚ）は、中実な金属部材であってよい。この場合、例えば、Ｚ軸スケール配置部２１Ｚが外部からの応力によって変形し難くなるから、上述した効果が向上する。

【0164】

加工機１は、第２可動部（Ｘ軸テーブル９Ｘ）と、第２駆動部（Ｘ軸電動機２３Ｘ）と、コントローラ５と、を更に有していてよい。Ｘ軸テーブル９Ｘは、ワーク１０３又は工具１０１（図１の例では工具１０１）を支持してよい。Ｘ軸電動機２３Ｘは、Ｘ軸テーブル９Ｘを第２方向（Ｘ方向）に駆動してよい。コントローラ５は、Ｘ軸電動機２３Ｘを制御してよい。また、コントローラ５は、２次元スケール（Ｚ軸センサ２５Ｚ）が検出したＸ方向の速度誤差に基づいて、当該速度誤差に起因するワーク１０３及び工具１０１のＸ方向における相対速度の誤差を低減するようにＸ軸電動機２３Ｘを制御してよい。

【0165】

この場合、Ｚ軸テーブル９ＺのＸ方向の「速度」の誤差がＸ軸テーブル９ＸのＸ方向に移動によって補償される。これにより、状態制御の精度が向上する。すなわち、Ｚ軸テーブル９ＺのＸ方向の「変位」の誤差をＸ軸テーブル９ＸのＸ方向に移動によって補償する場合における、位置制御の精度の向上とは異質な効果が奏される。その結果、例えば、真直度が向上する。別の観点では、例えば、ワーク１０３に対する工具１０１の相対位置の目標値に対してオーバーシュート及び／又はアンダーシュートが生じる蓋然性が低下する。

【0166】

加工機１は、第１可動部（Ｚ軸テーブル９Ｚ）を第１方向（Ｚ方向）に駆動する第１駆動部（Ｚ軸電動機２３Ｚ）と、Ｚ軸電動機２３Ｚを制御するコントローラ５と、を更に有していてよい。２次元スケール（Ｚ軸センサ２５Ｚ）は、Ｚ方向の互いに異なる位置にて２つの第１誤差（Ｚ軸テーブル９ＺのＸ方向の誤差）を同時に検出してよい。コントローラ５は、上記２つの第１誤差から特定される第３方向（Ｙ方向）に平行な軸の回りの回転誤差（図４のＺＲｏｔＹ、図７のαｙ）に基づいて、回転誤差に起因するワーク１０３と工具１０１とのＺ方向における相対位置の誤差（図７のｄｗｙ）をＺ軸テーブル９Ｚの平行移動によって低減するようにＺ軸電動機２３Ｚを制御してよい。

【0167】

この場合、例えば、２次元スケールによって簡便に回転誤差を検出することができる。また、上記の回転誤差を、Ｚ軸テーブル９Ｚが移動すべき方向における変位の誤差に換算して、Ｚ軸電動機２３Ｚの制御によって補償することができる。換言すれば、回転誤差自体を低減するのではなく、回転誤差に起因する直線誤差を補償する。従って、例えば、比較的簡素な構成によってＺ軸テーブル９Ｚの進行方向におけるうねりを低減できる。

【0168】

加工機１は、第２可動部（Ｘ軸テーブル９Ｘ）と、第２駆動部（Ｘ軸電動機２３Ｘ）と、コントローラ５と、を更に有していてよい。Ｘ軸テーブル９Ｘは、ワーク１０３又は工具１０１（図１の例では工具１０１）を支持してよい。Ｘ軸電動機２３Ｘは、Ｘ軸テーブル９Ｘを第２方向（Ｘ方向）に駆動してよい。コントローラ５は、Ｘ軸電動機２３Ｘを制御してよい。２次元スケール（Ｚ軸センサ２５Ｚ）は、第１方向（Ｚ方向）の互いに異なる位置にて２つの第１誤差（Ｚ軸テーブル９ＺのＸ方向の誤差）を同時に検出してよい。コントローラ５は、上記２つの第１誤差から特定される第３方向（Ｙ方向）に平行な軸の回りの回転誤差（図４のＺＲｏｔＹ、図７のαｙ）に基づいて、回転誤差に起因するワーク１０３と工具１０１との第２方向（Ｘ方向）における相対位置の誤差（図７のｄＬｙ）をＸ軸テーブル９Ｘの平行移動によって低減するようにＸ軸電動機２３Ｘを制御してよい。

【0169】

この場合、例えば、２次元スケールによって簡便に回転誤差を検出することができる。また、上記の回転誤差を、Ｚ軸テーブル９Ｚの横方向における変位の誤差に換算して、Ｘ軸電動機２３Ｘの制御によって補償することができる。換言すれば、回転誤差自体を低減するのではなく、回転誤差に起因する直線誤差を補償する。従って、例えば、比較的簡素な構成によってＺ軸テーブル９Ｚの移動に係る真直度を向上させることができる。

【0170】

別の観点では、加工機１は、支持部（Ｘ軸ベッド１９Ｘの－Ｚ側への延長部分）と、固定部（Ｚ軸ベッド１９Ｚ）と、第１可動部（Ｚ軸テーブル９Ｚ）と、スケール配置部（Ｚ軸スケール配置部２１Ｚ）と、２次元スケール（Ｚ軸センサ２５Ｚ）と、を有している。Ｘ軸ベッド１９Ｘの延長部分は、第１方向（Ｚ方向）及び第２方向（Ｘ方向）に直交する第３方向（Ｙ方向）に面している第１面（上面）を有している。Ｚ軸ベッド１９Ｚは、Ｘ軸ベッド１９Ｘの延長部分の上面に支持されている。Ｚ軸テーブル９Ｚは、リニアガイド（Ｚ軸ガイド１７Ｚ）を介してＺ軸ベッド１９Ｚに支持されており、Ｚ軸ガイド１７ＺによってＺ軸ベッド１９Ｚに対してＺ方向に案内され、ワーク１０３又は工具１０１（図１の例ではワーク１０３）を支持する。Ｚ軸スケール配置部２１Ｚは、Ｘ軸ベッド１９Ｘの延長部分の上面に支持されているとともにＺ軸ベッド１９Ｚから離れている。Ｚ軸センサ２５Ｚは、Ｚ軸テーブル９ＺのＺ方向における第１変位と、Ｚ軸テーブル９ＺのＸ方向の変位である第１誤差とに応じた信号を出力する。また、Ｚ軸センサ２５Ｚは、スケール部２７と、検出部２９とを有している。スケール部２７は、Ｚ軸スケール配置部２１Ｚに固定されている。検出部２９は、Ｚ軸テーブル９Ｚに固定されており、スケール部２７との相対移動に応じて信号を出力する。Ｚ軸スケール配置部２１Ｚは、Ｘ軸ベッド１９Ｘの延長部分の上面から当該上面が面している側（＋Ｙ側）へＺ軸ガイド１７Ｚの位置を超える高さを有している。スケール部２７は、Ｚ軸ガイド１７Ｚよりも＋Ｙ側に位置している。

【0171】

この場合、例えば、既述のとおり、Ｚ軸センサ２５Ｚを仮想平面ＶＰに近づけることができるとともに、Ｚ軸テーブル９Ｚの移動に伴ってスケール部２７が変形する蓋然性が低減される。なお、上記のような観点で実施形態の特徴を抽出した場合、例えば、Ｚ軸テーブル９Ｚは、Ｙ方向においてワーク回転軸ＡＷと一定の位置関係を有していなくてもよい。

【0172】

加工システム９１は、上記のような加工機１と、診断装置９３とを有する。診断装置９３は、加工機１から前記第１誤差（Ｚ軸テーブル９ＺのＸ方向の誤差）の検出値の情報を取得し、取得した情報に応じた画像を表示する。

【0173】

この場合、例えば、加工機１の制御のための情報を利用して、Ｚ軸ガイド１７Ｚの案内面の状態を管理することができる。換言すれば、Ｚ軸ガイド１７Ｚの案内面の状態を測定する特別な測定システムを追加する必要がない。また、加工中にリアルタイムで案内面の状態を管理することができる。その結果、例えば、案内面が経年劣化又は破損を生じた状態での加工（不良品の製造）を継続してしまう蓋然性が安価に低減される。

【0174】

また、被加工物の製造方法は、上記のような加工機１を用いて、ワーク１０３と工具１０１とを接触させてワーク１０３を被加工物に加工する加工ステップを有する。

【0175】

この場合、例えば、真直度が加工精度に及ぼす影響を低減する効果によって、形状の精度が高い被加工物を得ることができる。

【0176】

上記加工ステップにおいて、工具１０１がワーク１０３に接する加工点（Ｐｐ参照）を含み、第１方向（Ｚ方向）及び第２方向（Ｘ方向）に平行な第２仮想平面（仮想平面ＶＰ）を仮定したときに、第２仮想平面から２次元スケール（Ｚ軸センサ２５Ｚ）までの距離が、第２仮想平面からリニアガイド（Ｚ軸ガイド１７Ｚ）までの距離の１／３以下であってよい。

【0177】

すなわち、実施形態の説明では、主として、仮想平面ＶＰとして主軸の回転軸（Ｚ軸テーブル９Ｚに関してはワーク回転軸ＡＷ）を含むものを想定したが、加工ステップにおいては、実際の加工点を含む仮想平面ＶＰが想定されてよい。これにより、Ｚ軸センサ２５Ｚの誤差が加工に及ぼす影響をより正確に検出することができる。

【0178】

＜第Ｂ章 第２実施形態＞
（７．第２実施形態の全体構成）
第２実施形態の説明では、基本的に、第１実施形態との相違点についてのみ述べる。特に言及が無い事項については、第１実施形態と同様とされたり、第１実施形態から類推されたりしてよい。

【0179】

図８は、第２実施形態に係る加工機２０１の制御系に係るブロック図である。この図は、図４に対応している。ただし、センサ（２２５Ｘ、２２５Ｙ及び２２５Ｚ）からコントローラ５への信号経路の図示は、図４よりも簡略化されている。

【0180】

第２実施形態は、端的に言えば、検出する誤差を第１実施形態よりも多くした態様である。より詳細には、各入力処理部（３１Ｘ、３１Ｙ又は３１Ｚ）の出力（ＸＰｏｓＸ等）から理解されるように、１つの可動部（１つの軸）につき、３方向の平行移動及び３軸回りの回転誤差の合計で６つの検出値（そのうち５つが誤差）が取得されている。なお、入力処理部が出力する６つの検出値の意味については第１実施形態の説明において既に述べた。

【0181】

加工機２０１では、検出値の種類の増加に伴って、加工機１よりも補正部の数が増加している。具体的には、補正部３２Ｙｘ、３２Ｘｙ及び３２Ｚｙが追加されている。補正部３２Ｙｘは、サドル１３（Ｙ軸テーブル）に係る回転誤差をＸ方向の誤差に変換する。補正部３２Ｘｙは、Ｘ軸テーブル９Ｘに係る回転誤差をＹ方向の誤差に変換する。補正部３２Ｚｙは、Ｚ軸テーブル９Ｚに係る回転誤差をＹ方向の誤差に変換する。

【0182】

また、加工機２０１では、検出値の種類の増加に伴って、各補正部が処理する回転誤差も増えている。具体的には、１つの補正部は、第１実施形態では１つの回転誤差を１つの直線誤差に変換したが、第２実施形態では３つの回転誤差を１つの直線誤差に変換している。その算出方法は、例えば、３つの回転誤差を互いに別々に３つの直線誤差に変換し、３つの直線誤差を足し合わせるものであってよい。１つの回転誤差を１つの直線誤差に変換する方法は、第１実施形態の説明で述べた。

【0183】

また、加工機２０１では、いずれの制御部（３３Ｘ、３３Ｙ又は３３Ｚ）に入力される変位も、２つの方向の誤差が加算（減算を含む広義）されたものとなっている。これについては、図５の説明等を参照されたい。

【0184】

（８．スケール）
３つの変位及び３つの回転誤差を検出するセンサ（２２５Ｘ、２２５Ｙ又は２２５Ｚ）の構成は任意である。以下に例を示す。

【0185】

図９は、Ｘ軸テーブル９Ｘの変位及び回転誤差を検出するＸ軸センサ２２５Ｘの構成を示す斜視図である。

【0186】

Ｘ軸センサ２２５Ｘは、第１実施形態のＸ軸センサ２５Ｘ（２次元スケール）に加えて、Ｘ軸センサ２５Ｘに対して並列に延びるＸ軸補助スケール２６Ｘを有している。Ｘ軸補助スケール２６Ｘは、概略、Ｘ軸センサ２５Ｘのうち２つの検出部（２９ａ）を有している側の半分と同様の構成とされている。すなわち、Ｘ軸補助スケール２６Ｘは、Ａ相スケール部２７ａと同様の構成のスケール部２７Ａと、２つのＡ相検出部２９ａと同様の構成の２つのＣ相検出部２９ｃ（両者全体を検出部２９Ａとする。）と、を有している。

【0187】

なお、後述の説明から理解されるように、スケール部２７Ａのパターンの向きは、Ｂ相スケール部２７ｂと同様とすることもできる。また、２つのＣ相検出部２９ｃのＸ方向の位置及び距離ｄ（図３）等は、２つのＡ相検出部２９ａの位置及び距離等と同じであってもよいし（図示の例）、異なっていてもよい。いずれにせよ、Ｘ軸センサ２５ＸのＡ相に係る説明は、Ｘ軸補助スケール２６Ｘに援用されてよい。

【0188】

そして、Ｘ軸センサ２５Ｘと、Ｘ軸補助スケール２６Ｘとは、幅方向を互いに直交させるように配置されている。例えば、Ｘ軸センサ２５Ｘは、第１実施形態と同様の向きで配置されており、Ｘ軸補助スケール２６Ｘは、Ｙ方向を幅方向として配置されている。なお、両者は、互いに隣接していてもよいし、多少離れていてもよい。図９では、スケール部２７Ａは、スケール部２７に対してＢ相スケール部２７ｂの側に位置しているが、Ａ相スケール部２７ａの側に位置していてもよい。

【0189】

Ａ相及びＢ相と同様に、Ｃ相検出部２９ｃによってスケール部２７Ａのパターン２７ｃに直交する方向の変位が検出される。当該変位をｄＣとし、パターン２７ｃに直交する方向のＸ軸に対する傾斜角をθとし、変位ｄＣのＸ方向成分をｘ１とし、変位ｄＣのＹ方向成分をｙ１とする。このとき、（１）式（又は（２）式）と同様に、以下の式が成り立つ。
ｄＣ＝ｘ１×ｃｏｓθ＋ｙ１×ｓｉｎθ （７）

【0190】

ここで、ｘ１は（３）式から求められ、θは既知である。従って、下記式によってｙ１を算出することができる。
ｙ１＝（ｄＣ－ｘ１×ｃｏｓθ）／ｓｉｎθ （８）

【0191】

Ｚ軸回りの回転誤差（図示の例ではピッチに係る誤差）は、Ｙ軸回りの回転誤差（図示の例ではヨーに係る回転誤差）と同様に算出可能である。すなわち、既述の（５）式において、ｚをｙに置換し、ＡをＣに置換すればよい。

【0192】

Ｘ軸回りの回転誤差（図示の例ではロールに係る誤差）は、例えば、Ｙ軸回りの回転誤差の算出方法を応用することによって算出できる。具体的には、ＹＺ平面において、Ａ相検出部２９ａ（又はＢ相検出部２９ｂ）とＣ相検出部２９ｃとを結ぶ直線と、当該直線に直交する第４方向とを仮定する。ｚ１及びｙ１それぞれの第４方向の成分をｚ１ｒ及びｙ１ｒとする。Ａ相検出部２９ａとＣ相検出部２９ｃとの上記直線上における距離をｄとする。このようにすると、（６）式と同様に、ａｒｃｔａｎ（（ｚ１ｒ－ｙ１ｒ）／ｄ）によってＸ軸回りの回転誤差を算出できる。

【0193】

２次元スケールを拡張したセンサ（スケール）は、上記以外にも種々可能である。特に図示しないが、以下に例を挙げる。

【0194】

例えば、各軸において、互いに同一方向に延びるとともに、幅方向を互いに直交させている２つの２次元スケールが設けられてもよい。２次元スケールそれぞれの構成は任意であり、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。なお、２つの２次元スケールのうち一方の半分は補助スケールと捉えられてもよい。

【0195】

また、例えば、補助スケールが、フィッシュボーン型の２次元スケールの半分ではなく、通常の２次元スケールの半分（Ｙ方向に配列された複数のパターンのみを有する構成）とされてもよい。この補助スケールは、フィッシュボーン型の２次元スケールと組み合わされてもよいし、通常の２次元スケールと組み合わされてもよい。なお、図示の例のＸ軸補助スケール２６Ｘを通常の２次元スケールと組み合わせることも可能である。

【0196】

また、例えば、センサは、２次元スケールと同様又は類似した構成において、パターン２７ｃに応じて生成される信号の強度に基づいてスケール部２７と検出部２９との距離を特定するものとされてよい。これにより、３次元の検出を行う３次元スケールが実現されてよい。なお、本開示において、特に断りがない限り、また、矛盾等が生じない限り、２次元スケールは、３次元スケールをその一種として含むものとする。

【0197】

図８に戻って、各軸のセンサ（２２５Ｘ、２２５Ｙ又は２２５Ｚ）は、図９に例示した構成とされている。ただし、図示の都合上、２次元スケール（２５Ｘ、２５Ｙ又は２５Ｚ）と、補助スケール（２６Ｘ、２６Ｙ又は２６Ｚ）とは同一平面上に示されている。

【0198】

（９．第２実施形態のまとめ）
第２実施形態に係る加工機２０１も、第１実施形態に係る加工機１と同様の構成を有している。従って、例えば、うねり等の計測精度を向上させることができる。

【0199】

加工機２０１は、補助スケール（Ｚ軸補助スケール２６Ｚ）を更に有していてよい。Ｚ軸補助スケール２６Ｚは、２次元スケール（Ｚ軸センサ２５Ｚ）と並列に第１方向（Ｚ方向）に延びていてよく、Ｚ軸センサ２５Ｚの幅方向の一方側の構成に相当する構成を有していてよく、Ｚ軸センサ２５Ｚの他方側の構成に相当する構成を有していなくてよく、第３方向（Ｙ方向）を幅方向としていてよい。

【0200】

この場合、例えば、２次元スケールと補助スケールとによって、少なくとも３方向の変位を検出できる。また、ロールに係る誤差を検出（算出）することもできる。なお、第２実施形態では、ヨー及びピッチも検出可能であったが、Ａ相及び／又はＣ相に１つの検出部（２９ａ又は２９ｃ）のみが設けられ、ヨー及び／又はピッチが検出不可能であっても構わない。

【0201】

加工機２０１は、補助スケール（Ｚ軸補助スケール２６Ｚ）を更に有していてよい。Ｚ軸補助スケール２６Ｚは、２次元スケール（Ｚ軸センサ２５Ｚ）と並列に第１方向（Ｚ方向）に延びていてよく、第１可動部（Ｚ軸テーブル９Ｚ）の第３方向（Ｙ方向）の変位である第２誤差に応じた信号を出力してよい。加工機２０１（コントローラ５又はＺ軸センサ２２５Ｚ）は、Ｚ軸センサ２５Ｚが検出する第１誤差（Ｚ軸テーブル９ＺのＸ方向の誤差）と、Ｚ軸補助スケール２６Ｚが検出する上記第２誤差とに基づいて第１方向（Ｚ方向）に平行な軸の回りの回転誤差（ロールに係る誤差）を特定してよい。

【0202】

この場合、例えば、２次元スケールを用いてロールに係る誤差を検出できるので、ロールを検出するための他のセンサ（例えばジャイロセンサ又は２つのレーザー測長器）を設ける態様（そのような態様も本開示に係る技術に含まれてよい。）に比較して、検出のための構成が簡素化される。

【0203】

なお、以上の第１及び第２実施形態において、Ｚ方向は第１方向の一例であり、Ｚ軸テーブル９Ｚは第１可動部の一例である。ただし、Ｘ軸テーブル９Ｘ及びサドル１３それぞれも第１可動部の一例であり、Ｘ方向及びＹ方向それぞれも第１方向の一例である。

【0204】

上記のようにＺ軸テーブル９Ｚが第１可動部の一例であるとしたとき、Ｘ方向は第２方向の一例であり、Ｙ方向は第３方向の一例である。Ｘ軸テーブル９Ｘは第２可動部の一例である。Ｚ軸電動機２３Ｚは第１駆動部の一例であり、Ｘ軸電動機２３Ｘは第２駆動部の一例である。Ｚ軸ガイド１７Ｚはリニアガイドの一例である。Ｚ軸センサ２５Ｚ及び２２５Ｚはそれぞれ２次元スケールの一例である。ワーク主軸１５Ｗは主軸の一例であり、ワーク回転軸ＡＷは第１回転軸の一例である。Ｘ軸ベッド１９Ｘの延長部分は支持部の一例であり、Ｚ軸ベッド１９Ｚは固定部の一例であり、Ｚ軸スケール配置部２１Ｚはスケール配置部の一例である。

【0205】

Ｘ軸テーブル９Ｘ、サドル１３又はＺ軸テーブル９Ｚが第１可動部の一例であるとしたとき、工具主軸１５Ｔも主軸の一例となり得る。また、Ｘ軸テーブル９Ｘが第１可動部の一例であるとしたとき、基台７は支持部の一例であり、Ｘ軸ベッド１９Ｘは固定部の一例である。

【0206】

本開示に係る技術は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

【0207】

実施形態の説明でも述べたように、加工機は、図１に例示した構成のものに限定されない。例えば、加工機は、超精密非球面加工機のような特殊な工作機械に限定されず、一般的な工作機械であってもよい。また、加工機は、工作機械に限定されず、例えば、ロボットであってもよい。別の観点では、移動に関する指令の情報を含むプログラムは、ＮＣプログラムに限定されず、ティーチングによって生成されたものであってもよい。

【0208】

また、加工機は、研削及び／又は研磨を行うものに限定されず、例えば、切削又は放電加工を行うものであってもよいし、上述した種々の加工の２以上を行うことができるものであってもよい。加工は、回転しているワークに回転していない工具を接触させるもの（例えば旋削）であってもよいし、回転していないワークに回転している工具を接触させるもの（例えば転削）であってもよいし、ワーク及び工具のいずれも回転していないものであってもよい。

【0209】

加工機が有している可動部の数（駆動される軸の数）は任意である。例えば、加工機は、平行移動に関して３つの軸を有していなくてもよいし、逆に、４つ以上の軸を有していてもよい。

【0210】

加工機が有している複数の軸のうち、２次元スケールによって変位が検出される軸の数は任意である。また、２次元スケールによって変位が検出される１つの軸において、５種類の誤差（２方向の直線誤差及び３軸回りの回転誤差）のうち、検出される誤差の数も任意である。例えば、２次元スケールが設けられる軸は１つであっても構わない。２次元スケールが設けられる軸の数及び検出される誤差の数の合計は、第１実施形態と第２実施形態との中間であっても構わない。４軸以上の加工機においては、第２実施形態よりも多くの誤差が検出されても構わない。

【0211】

２次元スケールによって検出される誤差は、リアルタイムの補正に利用されなくてもよい。例えば、試運転又は先のサイクルにおいて検出された誤差が、ＮＣプログラムの補正に利用されたり、解釈部３９又は補間部４１によるサイクル毎の補正に利用されたりしてもよい。又は、誤差は、実施形態で述べた診断装置によって利用されるだけであってもよい。

【0212】

本開示からは、２次元スケールを仮想平面に近づけるという要件を必須としない種々の新たな技術的思想を抽出可能であり、また、２次元スケールを特定のスケール配置部に配置するという要件を必須としない種々の新たな技術的思想を抽出可能である。例えば、図５からは、他の軸（Ｘ軸及び／又はＹ軸）の速度の誤差を対象の軸（Ｚ軸）の速度フィードバックに組み込むという新たな技術思想を抽出できる。この技術思想は、実施形態とは異なり、２次元スケールがベッドとテーブルとに直接に配置された構成に適用されても構わない。

【符号の説明】

【0213】

１…加工機、５…コントローラ、９Ｘ…Ｘ軸テーブル（第２可動部）、９Ｚ…Ｚ軸テーブル（第１可動部）、１５Ｗ…ワーク主軸（主軸）、１７Ｚ…Ｚ軸ガイド（リニアガイド）、２５Ｚ…Ｚ軸センサ（２次元スケール）、１０１…工具、１０３…ワーク、ＡＷ…ワーク回転軸（第１回転軸）、ＶＰ…仮想平面。

【要約】

【課題】２次元スケールによる検出の精度を向上させる。
【解決手段】加工機１において、Ｚ軸テーブル９Ｚは、ワーク１０３を支持する。Ｚ軸ガイド１７Ｚは、Ｚ軸テーブル９ＺをＺ方向に案内する。Ｚ軸センサ２５Ｚは、Ｚ軸テーブル９ＺのＺ方向における第１変位と、Ｚ軸テーブル９ＺのＸ方向の変位である第１誤差とに応じた信号を出力する。ワーク主軸１５Ｗは、Ｙ方向においてＺ軸ガイド１７Ｚと一定の位置関係を有している。また、ワーク主軸１５Ｗは、ワーク１０３をＺ方向又はＸ方向に平行なワーク回転軸ＡＷ回りに回転させる。ワーク回転軸ＡＷを含むとともにＸ方向及びＺ方向に平行な仮想平面ＶＰを仮定したときに、仮想平面ＶＰからＺ軸センサ２５Ｚまでの距離が、仮想平面ＶＰからＺ軸ガイド１７Ｚまでの距離ｈｒの１／３未満である。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】