JP7414848B2 - 工具外形検出ユニットを備えた機械加工モジュール及び工作機械、並びに工具外形検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の分野に関する。本発明はまた、機械加工モジュール内の、特に工作機械内の、現場での工具の位置の光学的検出の分野に関する。本発明はまた、機械加工モジュール内、特に工作機械内の現場での工具の外形の光学的検出の分野に関する。特に、材料の除去によって機械加工を行う機械を形成している工作機械と、特に、数値制御工作機械を含む、回転して機械加工をする工程（旋盤、ターニング加工など）用の工作機械とを扱う。

工作機械の分野では、工具保持部に取り付けられた工具の位置を正確に知る必要がある。この工具の摩耗の進み具合を知ることも有用である。この情報は、開発中に作成された加工計画に従って加工範囲を確保するのに役立つ。

特に、ディスローダー、自動タワー、ターニングセンタ、フライス盤、機械加工センタ、搬送機械などの機械加工モジュール（工作機械）による部品の製造は、通常、次の３つの異なる局面が含まれる。

第１又は設定（又は事前調整）局面において、オペレータ（例えば、旋盤加工担当者）は、機械加工モジュール上で機械加工計画、すなわち、所望の機械加工片を得るために必要な動作及び軸の運動のシーケンスを決めて、試験をする。オペレータは、例えば可能な限り効率的な計画を目ざす。つまり、特定の部品を最小限の操作で加工し、工具間や部品との干渉を回避可能な、計画である。オペレータは使用する工具を選択し、表面の状態や公差に準ずるかなど、取得される部品の品質を検査する。

第２又は製造段階では、一連の部品が、設定中に決めた変数で、事前調整された機械加工モジュール上で製造される。この局面が唯一の生産局面である。毎日２４時間体制で行われることが多く、加工モジュールには供給機や材料（未加工部品）供給装置から原材料が供給される。

一連の部品の生産は、例えば、使用済みの工具を交換するため、同じ機械加工モジュール上で別のタイプの部品を生産するため、機械のメンテナンスのためなどに中断され、その後再開される場合がある。この場合、開発中に事前に決めた変数を適用するには、始動局面が必要である。これは設定（局面）よりも速い。

始動時には、機械に取り付けられた工具を、実行しなければならない機械加工に適した別の工具セットに交換することがしばしば必要となる。これらの工具の位置決め精度と工具の摩耗率が機械加工の品質を決定するが、これらの変数を連続している始動局面で再現することは困難である。

さらに、生産局面では、新しい部品が機械加工されるとき、特に長期の生産が続くと、機械の熱膨張の結果として、工具保持部と部品保持部の間で位置がずれる（ドリフトする）ことは避けられない。さらに、機械加工に使われる工具であって、切削領域を形成する１つ以上の切刃を備える工具の端部の摩耗に関する情報は、機械加工の品質を維持する上で、決定的になる。この摩耗の進行は、通常、摩耗比と呼ばれるが、実際には異なる摩耗プロセスが、時には組み合わさって存在し、あまり監視されていないことが多い。監視されていたとしても、この監視のため及び機械加工モジュール内の工具の分解／再組立のために追加の時間を必要とする付属装置を介して行われる。

結果として、機械加工プロセスの間、部品の所望の機械加工に適さない摩耗工具の使用、又は切削工具の破断さえも、また、機械加工モジュールとは別の専用設備における摩耗の制御も、生産設備の生産性及び収益性に有害な影響をもたらす。

工作機械の生産時間の割合を最適化して、各工具の使用時間も最適化して、機械加工の変数を保持して、加工する部品の仕様に厳密に準拠できるようにすることが、重要である。実際には、工作機械を駆動する命令シーケンスは、見直されないか、又は１回限りで見直されても、一方で、工具の端部では、工具の寿命を通して、切削端部の形状及び位置が変わっていき、外形の変化が徐々に進行していく。

使用中の工具の摩耗の外形変化には多くのシナリオがある。例えば、ボディの摩耗（前面の摩耗の幅片）、ノッチ摩耗、クレータ摩耗、塑性変形を生じる摩耗（くぼみ又は膨潤）、堆積した端部の形成、切削領域の外側に剥離を起こす摩耗、切削刃（端部）の細断、切削刃の熱亀裂を生成する摩耗などである。

切削領域での材料の損失だけでなく、発生する摩耗のタイプを予測し、それによって１つ又は複数の加工変数及び／又は発生する摩耗のタイプに応じて工作機械の異なる位置を変更するために、外形の形状の変化を監視することによって、工具の摩耗を評価することが有益であろう。例えば、ノッチ摩耗の場合は、切削深さの変更を選択できるかもしれないし、塑性変形による摩耗の場合は、冷媒の水流の増加を選択できるかもしれない。

いくつかの経験的な解決手段では、所与の加工部品数の後で、工具の交換が推奨されている。これらの解決手段は、生産工具の収益性を最大化しないだけでなく、特に、高価な、又は入手困難な特殊工具の場合に、工具の予期しない破損、又は製造される部品の品質に与える悪影響を保証してくれない。

切削工具の完全性又は許容性を検証するために、接触部材（接触あり）又は非接触（視覚、レーザー、電界検出）によって切削工具（例えば、カッター又はドリル）の摩耗を評価又は計測する機構がある。これらは、機械加工プロセス外及び機械加工モジュールの外部で達成されるので、大量生産の要求とは相容れない、非生産期間を作り出す。このような技術は、特許文献１（ＵＳ２００６０２１２０８）、特許文献２（ＣＡ２０７１７６４Ａ１）、特許文献３（ＵＳ２０１４２３３８３９）又は特許文献４（ＦＲ２９５２１９６）に記載されている。

さらに、カムレバー又は機械スピンドルのような機械部品上の音響計測又は力の計測（力、トルク、有効出力など）を備える、機械工具によって発せられる信号のセンサ計測に基づく、工具破損の識別用監視機構を挙げられる。検出された信号（振動、騒音、圧力など）を、通常の機械加工サイクル中に監視機構によって以前記録された標準信号と比較して、記録された信号が標準信号から大きく逸脱しているときに警告信号を引き起こせるものである。

特許文献５（ＵＳ２０１８１１２４０）には、非接触計測装置が、発光素子と受光素子との間に延在する遮光部を使用して旋盤加工工具の位置を検出する解決策が記載されている。工具の有用な部分が発光素子及び受光素子に近接しているため、この技術は、特に、工具に近い環境に存在する油及びチップが発光素子及び受光素子を損傷しないようにする、保護手段を必要とする。加えて、この機構は、工具が遮光部に接触しているか否かの決定が可能にしているが、工具の端部の正確な位置又は外形に関する情報は提供しない。

特許文献６（ＦＲ２６４５７８２）は、数値制御工作機械を備えた機械加工センタ上の工具故障制御機構を記載する。２台のカメラが加工前後の工具を撮影し、画像の比較により工具の異常を検出できる。特許文献７（ＥＰ３０２１１８３）は、工具保持部上の工具の刃先位置を、カメラを介して制御及び補正するための、工作機械に統合された装置を提案している。しかしながら、これらの設置は、工作機械内の追加の保管庫、すなわち、カメラ固有の保管庫の使用を必要とし、これにより、カメラを工作機械内に、したがって、工作機械の各部分に関して配置可能である。このような配置は、特に機械加工される部品に関して、工具の位置にさらなる誤差をもたらすおそれがある。

特許文献８（ＥＰ０３７７３７４）は、工作機械に対する加工工具の位置を位置決めするための機構を提供する。カメラを使用して、既知の位置のブロックゲージの２つの垂直画像を、後に表示される工具機構の対応する画像と比較する。
特許文献９（ＥＰ２４２６５５５）には、加工対象物からの切削工具の変位を検出する装置が記載されている。この装置は、マンドレルに搭載されている加工対象物及び工具保持部も備える工作機械の一部に固定されたカメラを備える。
別の例は、特許文献１０（ＪＰＨ０７２４６５４７）であり、これは、工具の座標を検出する検出機構を使用し、工具取り付け軸に装備された反射器と、工具の座標を検出するレーザ干渉計を備えたタイプの計測装置とを備える。

以上のことから、材料を除去する加工中に使用される工具の（機械加工で直接使う）端部の外形の、（より規則的、より速く、そして／又はより正確に）改良された決定の必要性が現れている。

米国特許出願公開第２００６／０２１２０８号明細書 カナダ国特許出願公開第２０７１７６４号明細書 米国特許出願公開第２０１４／２３３８３９号明細書 仏国特許発明第２９５２１９６号明細書 米国特許出願公開第２０１８／１１２４０号明細書 仏国特許発明第２６４５７８２号明細書 欧州特許出願公開第３０２１１８３号明細書 欧州特許出願公開第０３７７３７４号明細書 欧州特許出願公開第２４２６５５５号明細書 特開平７－２４６５４７号公報

本発明の課題は、機械加工モジュールの工具保持部に取り付けられている工具の先端部の外形を決定可能な機械加工モジュールを提案することである。

本発明の別の課題は、工具保持部に取り付けられている工具の先端部の位置又は外形、あるいは位置及び外形を迅速に決定できるようにすることである。この目的は、それにより、工具又は工具保持部の取り外さないことで、工具内の工具の位置決め基準及び工作機械内の工具保持部の位置決め基準を変更する時間を消費せずに、工具の先端部の外形（位置）決定を可能にする解決策を提案することである。

別の課題は、既知の機械加工モジュールの制限のない、機械加工モジュールを提案することである。

本発明により、上記課題は、特に、工作機械用の、材料を除去する機械加工モジュールによって達成される。この機械加工モジュールは、以下の
機械加工対象の部品の受け入れを意図された部品支持部と、
機械加工モジュール内の部品支持部の位置を制御及び修正するのに適合された部品支持部の制御ユニットと、
部品支持部上に取り付けられた部品を機械加工するのに使用される先端部を持つ工具を受け入れる工具保持部と、
機械加工モジュールにおける工具保持部の位置を制御及び修正するのに適合された工具保持部の制御ユニットと、
工具保持部に取り付けられた工具の外形を検出するユニットであって、工具保持部に取り付けられた工具の先端部の外形を求める光学機構を備え、光学機構は部品支持部に取り付けられている、前記ユニットと
を備える。

この解決策は、特に、工具の端部を計測及び検出する手段を、機械加工モジュール内、したがって工作機械内にその場で配置するという従来技術に勝る有利点を持つ。この構成の利点の１つは、機械加工操作が行われる場所でその場に実行される工具の先端部の計測又は撮影という事実にある。結果として得られる計測又は画像は、エラーのない工具先端部の形状／幾何形状／位置の瞬間的な現実性に実際に対応する。したがって、工作機械が機械加工モジュールの局所温度によって変形を示す場合、この熱ドリフトが考慮されるが、工作機械とは別の測定モジュールに頼る場合、工具は冷却され、そして計測は、温度変化により発生したエラーを含む。別の有利点は、光学機構が部品支持部に取り付けられているため、部品支持部と工具保持部の間の全ての空間基準が、光学機構と光学機構から見た工具の間の基準として機能するという事実にある。これにより工作機械とは別の計測モジュールに工具／工具保持部が取り付けられている場合に発生する基準の枠組みの変更による計測のエラーが回避される。

実際、前記検出ユニットは、外形を計測するユニットを形成し、したがって、機械加工モジュールに統合される工具の摩耗を計測する。この配置により、工具の摩耗をその場で、つまり機械加工モジュール自体で監視できるため、工具を工具保持部から取り外したり、工具に接触したりする必要がない。この目的のために、前記検出ユニットは、機械加工モジュール内、特に工具保持部の近くに配置されている。さらに、工具保持部に取り付けられた工具先端部を部品支持部、つまり部品支持部の要素に直接表示するように適合された光学機構を配置することにより、特に処理時間（光学機構は工具の先端部を検出するため既に配置されている）点での改善と、精度（工具保持部内の光学機構の位置が正確かつ固定されていることがわかっているため、光学機構と工具保持部の間の相対位置の決定に関連するエラーは、光学機構と工具の先端部との間の相対位置の決定に加わらない）の点での改善が可能になることは明らかである。

本願の記載においては、「部品支持部」との表現は、「機械加工対象の部品の取り付けと、保持（特に把持）と、取り外しとを可能にするだけでなく、工作機械の機械加工モジュールの空間内で部品の移動を可能にする要素を備える機械加工モジュール」を意味すると理解されたい。この部品支持部は、一般的には「素材スピンドル」という。また、本願の記載においては、「工具保持部」との表現は、「１つ又はより多い数の工具の取り付けと、保持（特に、把持）と、取り外しとを可能にし、工作機械の機械加工モジュールの空間内で（単数又は複数）工具の移動を可能にする要素を備える機械加工モジュール」を意味すると理解されたい。

ゆえに、実験的曲線であったりする切削工具の摩耗の法則を表す数学モデルだけに基づいた、切削工具の交換と、切削の変数の変更との少なくとも一方は、必要がないだろう。そのような数学モデルは常に利用可能とは限らないし、そのときに存在する範囲の変数の範囲について少なくともあるかもしれない程度である。本発明により、発見する変数の範囲をさらに増やせるだろうし、それにより、本発明による機械加工モジュールによって実施される、外形の計測結果を統合する（例えばデータベースにする）ことで実験的曲線に蓄積を増やせるだろう。

そのように、各工具を使うタイミングの最適化を、一連の類似工具についても、カスタマイズ可能である。例えば、摩耗の進行の変数が所定の限界を超えるときに、工具の使用時間の短縮が可能である。この理由は、特に、現実には工具の摩耗の進行は、理論上の摩耗モデルより悪いからである。あるいは、摩耗の進行の変数が所定の限界を超えないならば、工具の使用時間の延長が可能である。この理由は、現実の工具の摩耗が、理論上の摩耗モデルより深刻でないからである。

１実施形態において、光学機構は、計測光学装置の一部であり、光学機構の単一工程によって、加工対象の部品の部品支持部と工具保持部との間の相対的な３次元位置を決定できるように構成されている。特に、光学機構は工具保持部、例えば工具保持部の特定領域の画像を形成する。１可能性によると、光学機構は、目標の画像を形成する。目標は、工具保持部に取り付けられているものであり、位置決め基準を形成するものである。

本発明はまた、本願に記載された機械加工モジュールを備える工作機械にも関連し、前記工作機械は、検出ユニットによって提供される情報から工具の外形の偏差を計算可能な、工具の摩耗を監視するユニットをさらに備える。これ（工作機械）は、工具の状態、特に工具の摩耗を分析する機械加工モジュールを使用する。

検出ユニットと、供給される、機械加工を実行する工具の状態についての情報とに基づき、その工具の状態、特に切削領域に関して、工具の摩耗の程度と、工具の形状の変動との少なくとも一方が分析可能となることが、そのように明らかである。

本発明は、以下の
工具の位置を検出する方法と、
工具の形状を検出する方法と、
部品保持部及び工具保持部を備える機械加工モジュール内の、工具保持部に取り付けられている工具の摩耗を検出する方法と
にも関連している。

これら方法は、詳細な説明にてさらに説明され記載される。

本発明の実施例は、添付図面に図示された説明に記載されている。

図１は、本発明の一実施形態による機械加工モジュールの斜視図である。 図２は、工具保持部に搭載された別の工具を示す、斜視図及び図１の部分ＩＩの拡大図である。 図３は、摩耗に続いて破損した形態の、部品の機械加工に使用される工具の先端部分の斜視図及び図２の部分ＩＩＩの拡大図である。 図４は、工具保持部内の工具の位置及び／又は外形を決定する、機械加工モジュールの光学機構の使用を示す。 図５は、３次元目標を有する工具保持部の分割透視図を示す。 図６は、工具保持部と（材料スピンドルとも呼ぶ）部品保持部の間の相対位置の空間を測定する機械加工モジュールの光学装置の使用を示す。 図７は、図６に対応する別の斜視図である。 図８は、３次元目標を用いる、工具保持部と部品保持部との間の３次元追跡工程における光学装置を示す。 図９は、図６のＩＸ方向からＺ方向への３次元目標を有する工具保持部に対応する図６の部分を示し、目標が光学機構の方向に配向されているときの光学機構の状態を示す。 図１０は、３次元目標の前面図である。 図１１は、３次元目標の斜視図である。 図１２は、３次元目標の断面図である。 図１３は、図１０、図１１、及び図１２に示された目標の、一変形形態による、第２構造の斜視図である。 図１４は、図１０、図１１、及び図１２に示された目標の、一変形形態による、第２構造の斜視図である。 図１５Ａは、第２画像捕捉機構によって生成される画像の処理を示す。 図１５Ｂは、第２画像捕捉機構によって生成される画像の処理を示す。 図１６は、工具の端部の外形を決定する機械加工モジュールの光学装置の使用を示す図４に対応する別の斜視図である。 図１７は、本発明の別の実施形態による機械加工モジュールの部分の斜視図である。 図１８は、垂直に整列された一連の工具を有する工具保持部の変形例の斜視図であり、各工具は、それが回転する水平軸線に沿って配向されている。 図１９は、本発明のさらなる一実施形態による機械加工モジュールの斜視図である。

図１に示すように、機械加工モジュール３００は、部品支持部３２０と工具保持部３１０を備えている。部品支持部３２０は、取り外し可能な固定手段を介して、機械加工モジュール３００に取り外し可能に搭載されるように設計されてよい。図１に示すように、部品支持部３２０には、加工対象の部品３２２が取り外し可能に搭載されている（ここでは、未加工の棒部材又は未完成部品が表されている）。部品支持部３２０は、例えば把持部、チャック、旋削ブシュ、又はパレットもしくはパレット保持部を備える、材料スピンドルとして知られているものを備える。部品支持部３２０の主方向はＺ方向である。工具保持部３１０は、特に、取外し可能な固定手段を介して、機械加工モジュール３００上に取外し可能に搭載されるように設計してよい。図１に示すように、工具保持部３１０が取り外し可能に搭載しているのは、工具３１２である（タップ又は切削工具が簡略化して表されている）。工具保持部３１０は、例えば、スピンドル、搬送部又は万力、又はチェーザを備える。工具保持部３１０の主方向はＸ方向に対応する。機械加工モジュール３００では、垂直方向がＹ方向に対応し、Ｘ、Ｙ、Ｚの３つの方向が直交座標系をなしている。

工具保持部の制御ユニット３０２は、機械加工モジュール３００内の工具保持部３１０の位置を制御及び変更可能である。機械製造の分野及びこの文中において、「制御」との用語は、工作機械の全ての要素に動作の指示を与えることを意図した全てのハードウェア要素及びソフトウェア要素を指しているものとする。機械加工モジュール３００は、部品支持部３２０の制御ユニット（図示せず）も備える。

機械加工モジュール３００にはさらに検出ユニット３０４も装備されていて、工具保持部３１０に取り付けられた工具３１２の位置と外形の両方を検出できる。この目的のために、検出ユニット３０４は、工具保持部３１０（図４、図６、図８参照）に取り付けられた工具３１２の端部３１３の外形を決定する光学機構１００を備える。光学機構１００の入力面１０２から延在するこの光学機構１００の光軸Ｏが図１に表されている。図１の配置におけるこの光軸Ｏは、部品支持部３２０のＺ方向又は主方向に平行である。また、好ましくは、光軸Ｏは、図１に示されるように、工具保持部３１０のＸ軸の方向に直交する。本発明によれば、図１に示されるように、部品支持部３２０上に、光学機構１００の少なくともセンサ部分の全体に、光学機構１００が取り付けられ、そして、光学機構１００のセンサ部分から分離可能であり、したがって機械加工モジュール３００内の他のところに配置できる照明部材も取り付けられている。

後述するように、これは、画像を形成する光学機構１００、すなわち、光学機構１００に備わる画像取得系を介して工具外形の画像を生成可能な光学機構である。特に、この光学機構１００は、光学部品の１セットと画像取得機構とを備える。このような画像取得機構は、写真と動画との少なくとも一方の取得可能であり、例えば、ビデオカメラ又は写真カメラ、特にデジタル写真カメラである。本発明の内容においては、光学機構１００は、１つ又はそれ以上の光源と組み合わせた動作を想定している。また、本発明の光学機構１００は、画像センサをなすものであることは明らかである。光学機構１００の画像取得機構に伴う光源（単数又は複数）は、電磁放射又は光放射の発光部（単数又は複数）を形成し、その性質は単色であってもよく、又は一連の単色電磁放射（多色光）を組み合わせることによってある範囲の波長にわたって広がってもよい。一実施形態では、前述の光源（単数又は複数）はレーザ放射の光源ではなく、本発明に係る光学機構１００は、レーザ発光部を備えないか、レーザ発光部を伴わない画像センサを形成している。

本願の内容において、「工具端部」とは、加工に使用される領域を備える工具の終端部分、つまり切削領域を意味するか、あるいは（切削）有効面と端部の交差によって画定される切削端部を備える領域を意味するものとする。図２の拡大図は、このような工具３１２の先端部３１３を示す。図３では、図２の工具とは異なる工具の先端部３１３の摩耗例が、レリーフ面と切削面との間に分かれた摩耗領域３１３ａからわかる。

本願の内容において、先端部の「外形」は、先端部の２次元的な表現、又は先端部の３次元的な表現のいずれかを意味するものとする。例えば、この外形は、特に、光学機構１００の光軸Ｏに直交する平面を含む平面に投影された、又は平面との交差を形成する、工具の先端部の輪郭に対応する線を備え得る。また、この外形は、切刃（単数又は複数）を備える工具（例えば小板）の先端部３１３の３次元形状をなすことがある。また、この外形は、位置特異的外形のように一連の複数線によって表される工具の先端部３１３の３次元形状に対応していることがある。

光学機構１００は、工具保持部３１０が図４に示すような計測操作位置にあるときに、工具３１２の先端部３１３の外形を検出するように構成されている。この計測操作位置では、工具保持部３１０と部品支持部３２０は互いに近接している。この計測動作位置では、光学機構１００の光軸Ｏは、工具３１２の先端部３１３から、又は工具３１２から、又は少なくとも工具３１２に十分近く、工具３１２が光学機構１００の視野内にあるように、確実に分離され得る。換言すると、この計測操作位置において、工具保持部３１０の終端は、光学機構１００の出口（又は入力面１０２）に整列している。これは、光学機構１００からの光路が、工具保持部３１０の終端及び／又は末端、より一般的には、工具３１２の先端部３１３に交差することを意味する。
場合によって、計測操作位置において、工具３１２の先端部３１３と工具保持部のＺ軸との間の最小距離は、５０ｃｍ未満、又は３０ｃｍ未満、場合によっては１５ｃｍ未満である。例えば、計測操作位置において、工具３１２の先端部３１３と部品支持部のＺ軸との間の最小距離は、５ｃｍと５０ｃｍとの間、時に５ｃｍと３０ｃｍとの間、又は２０ｃｍと３０ｃｍとの間、又は５ｃｍと１５ｃｍとの間である。
場合によって、前記計測操作位置は、工具３１２の工具保持部３１０への装填位置に相当する。外形は、したがって、工具３１２が取り付けられるとすぐ計測できる。
また、前記計測操作位置において、工具保持部３１０のＸ軸は、光学機構１００の光軸Ｏとは異なる方向を有してもよい。
場合によっては、工具保持部３１０のＸ軸は、図１に示すように、光学機構１００のＯ軸の方向に直交しているので、光学機構１００は、工具３１２の先端部及び末端の１側面を見ている。
場合によっては、工具保持部３１０のＸ軸は、光学機構１００のＯ軸の方向と同軸であるか、又は平行であるため（図示せず）、光学機構１００は、工具３１２の末端だけを見ている。
その他の場合には、工具保持部３１０のＸ軸は、光学機構１００の光軸Ｏに対して傾斜している（ゼロ以外の角度であり、Ｘ軸と軸線Ｏとの間で９０°と異なる場合は示されていない）。
本発明に係る機械加工モジュール３００を搭載した工作機械によって、実のところ、工具保持部３１０の向き及びそのＸ軸を変更してよく、特に工具保持部３１０の動きの軸が５軸又は６軸の工作機械の場合に変更してよい。

光学機構１００の１実施形態は、図４を参照されたい。光学機構１００は、第１画像捕捉機構１１０を備え、第１画像取得機構は、その像焦点面が、その計測操作位置において、工具３１２の先端部３１３と交差可能に構成されている。さらに、第１画像捕捉機構１１０は、計測操作位置において工具３１２の先端部３１３の捕捉対象の画像を可能にする第１画像取得機構１１２を備える。図１及び図４はまた、計測操作位置において工具３１２の端部３１３の横方向照明を提供するために、工具保持部３１０に近いか、工具保持部３１０に搭載されてもよい、横方向の光源１４０を示す。
他のタイプの光源、又は追加的光源が、個々独立に、あるいは相互に補完するようにして、設けられてよい。
１実施形態（図１、図７、図１６参照）では、光学装置１０はまた、光学機構１００のＯ軸に平行で工具保持部３１０に向かって配向された前方光源１０４を備える。この光源１０４は、光学機構１００の近くに配置されてよい。この光源１０４は、工具３１２に向かって配向され、計測操作位置で工具３１２の先端部３１３の前方照明を提供する。特に、図１、図７及び図１６に示されるように、この前方光源１０４は、光学機構１００の入力面１０２を囲む環状の光源である。この場合、前方光源１０４は、光学機構１００の光軸Ｏと同軸であり、この前方光源１０４は、光学機構１００によって見られる工具の端部３１３の表面の照明を可能にする。
１実施形態（図１及び図１６を参照）では、光学装置１０はまた、光学機構１００に向けて配向された後方光源１０６を備え、この光源１０６は、計測操作位置において光学機構１００に対する工具３１２の先端部３１３の背面照明を提供するように配置される。特に、図１及び図１６に示されるように、この後方光源１０６は、光学機構１００の光軸Ｏと同軸、好ましくは整列している。計測操作位置（図１６を参照）において、工具の端部３１３は、光学機構１００の入力面１０２と後方光源１０６との間にあり、そのため、工具の先端部３１３は、後方から照らされ、光学機構１００によって見られている工具の先端部３１３の輪郭の領域で捕捉された画像のコントラストを増加させる。

光学機構１００はまた、第２画像捕捉機構１２０を持つ第２画像取得機構１１２を備え、これはまた、計測操作位置において工具３１２の先端部３１３の画像の捕捉を可能にする。この目的のために、第１画像捕捉機構２１０の光路及び第２画像捕捉機構１２０の光路は、光学機構１００によって見られる物体、すなわち工具３１２の端部３１３、に向けられかつそこから導かれる共通の光路を有する（図４及び図１６参照）。図６及び図８に関連して説明される別の計測構成では、光学機構１００によって見られる対象物を形成するのは、工具保持部３１０に取り付けられた目標２００である。以下において、「観察（されている）物体」は、工具保持部に取り付けられた工具３１２の先端部３１３又は目標２００のいずれかを意味するものとする。計測操作位置において、第１画像捕捉機構２１０は、観察物体の方向を向き、観察物体と整列している画像捕捉機構を形成している。第２画像捕捉機構１２０は、観察されている物体と整列している画像捕捉機構１１０の光路１１６に合流する光路１２６を持っている。第２画像捕捉機構１２０は、光学機構１００の光軸Ｏと相対的に、（観察物体に整列している）光路１１６及び光路１２６の共通部分と相対的に、観察物体について偏心している画像捕捉機構を形成している。光軸Ｏは、第１光路１１６と第２光路１２６との共通部分の平均半径と重ねられている。この共通部分では、第１光路１１６と第２光路１２６との部分は平行であるが、必ずしも重なっているとは限らない。

光路１１６及び光路１２６の共通部分では、光線は少なくとも部分的に一致しているか、単に互いに平行である。偏心している第２画像捕捉機構１２０は、この第２画像捕捉機構１２０の内部の光路１２６の部分を有し、好ましくは光軸Ｏに平行である。
光路１２６のこの内部部分は、鏡１２９などの反射屈折光学系を含む専用の光学モジュール１２８によって整列された第１画像捕捉機構１１０の光路１１６に接続されるか、より正確には結合する。このようにして、偏心している画像捕捉機構（ここでは第２画像捕捉機構１２０）の入光が、整列された画像捕捉機構（ここでは第１画像捕捉機構１１０）の経路又は光路に接続される。
このように、光学機構１００は、第１画像捕捉機構１１０と第２画像捕捉機構１２０との間に配置され、第１及び第２画像捕捉機構の少なくとも一部からの光の一部を、第１及び第２画像捕捉機構のうちの他方に向けるように構成された（例えば、鏡１２９のような反射光学素子を備える）光学モジュール１２８を備える。光学機構１００は、光学機構１００による観察物体（図４及び図１６の工具３１２の先端部３１３及び図６及び図８の目標２００）からの光路が、第１画像捕捉機構１１０及び第２画像捕捉機構１２０のうちの一方の少なくとも一部（図４、図６、図８、及び図１６の第１画像捕捉機構１１０）を通過してから、第１画像捕捉機構１１０及び第２画像捕捉機構１２０のうちの他方の画像捕捉機構（図４、図６、図８及び図１６の第２画像捕捉機構１２０）に到達するようなものである。
また、代表的構成では、第１画像捕捉機構１１０と第２画像捕捉機構１２０とが平行して配置されている。また、代表的構成では、第１画像捕捉機構１１０は、部品支持部３２０に直接取り付けられ、第２画像捕捉機構１２０は、第１画像捕捉機構１１０の光軸から偏心しているが、これは逆であってもよく、すなわち、第２画像捕捉機構１１０が部品支持部３２０に直接取り付けられ、画像捕捉機構１２０が、画像捕捉機構１１０の光軸から偏心した構成もあり得る。

このようにして、第１画像捕捉機構１１０が観察物体に整列されると、第２画像捕捉機構１２０もまた、観察物体を見て、その物体の画像を作成し、観察物体の画像が生成可能となっていることが理解される。ここで説明するように、この画像は、工具３１２の位置の決定に使用されることがあり、そして工具３１２の先端部の外形の決定に使用されることがある。

このように、本発明の１実施形態では、部品支持部３２０及び工具保持部３１０を備える機械加工モジュール３００内の工具保持部３１０に取り付けられた工具３１２の位置を検出する方法が提案され、この方法は、以下の工程を備えている。
（ｉ）機械加工モジュール３００内に検出ユニット３０４を提供する工程であって、前記検出ユニット３０４は、工具保持部３１０に取り付けられた工具３１２の先端部３１３の形状を決定する光学機構１００を備え、光学機構１００は部品支持部３２０に取り付けられている、工程。
（ｉｉ）工具３１２を工具保持部３１０に装填する工程。この工程は、工具３１２と工具保持部３１０との間の相対位置を決定する。
（ｉｉｉ）（例えば、図４の構成による）計測動作位置における部品支持部３２０に対する工具保持部３１０の位置決めする工程。この工程は、工具３１２を、工具３１２の特に先端部３１３又は工具３１２の別の端部を、光学機構１００によって見られる配置を可能にする。
（ｉｖ）前記検出ユニット３０４を起動する工程。そして
（ｖ）光学機構１００を介して、機械加工モジュール３００内の工具３１２の位置を決定する工程。

この段階で、本発明による機械加工モジュール３００の配置の場合、図示されるように、前記光学機構１００は、部品３２０の支持部上に取り付けられることに再度留意されたい。したがって、工具３１２（特にその先端部３１３）の光学機構１００による画像化の結果、工具３１２（工具の前記先端部３１３）と部品支持部３２０との間の相対位置だけでなく、工具保持部３１０と部品支持部３２０との間の相対位置の決定も可能であることが明らかである。

この工具位置検出方法に関する第１可能性として、検出ユニット３０４を起動するとき、使用されるのは、第１画像捕捉機構１１０である。それゆえ、使用されるのは、工具３１２の先端部３１３の１画像又はそれ以上の数の画像を生成する第１画像取得機構１１２である。
（例えば、図４の配置から得られる）この画像、特にこの画像の焦点が合わせられた領域のＸ方向の位置と、第１画像捕捉機構１１０によって見られた工具の縁部に対する位置との分析は、工具３１２の光学機構１００からの距離、したがって工具３１３のＺ位置を、決定可能にする。この画像はまた、第１画像捕捉機構１１０によって見られる（投影における）最先端（単数又は複数）の位置を識別可能にする。この識別は、特に縁部（刃）と、幾何形状（最先端に対応する単数又は複数線の画像での形状）との両方の位置に関するものである。

（代替的に、あるいは前の第１可能性に加えて）工具の位置の同じ検出方法に関する第２可能性の下では、検出ユニット３０４を起動すると、使用されるのは、第２画像捕捉機構１２０であり、それゆえ、工具３１２の先端部３１３の一つ（又は複数）の画像を生成する第２画像取得機構１２２が使用される。この画像、特に第１画像捕捉機構１１０によって見られる工具の縁部に関連する方向Ｘに従ったこの画像の鮮明に焦点が合った領域の位置（例えば、図４の配置から生じる）の分析は、工具３１２の光学機構１００からの距離、したがって工具３１２の先端部３１３のＺ位置を、決定可能にする。この画像はまた、第２画像捕捉機構１２０によって見られる（投影における）最先端（単数又は複数）の位置を決定（識別）可能にする。この識別は、特に縁部（最先端）と、幾何形状（最先端に相当する単数又は複数線の画像での形状）との両方の位置に関するものである。

また、本発明の１実施形態では、部品支持部３２０及び部品保持部３１０を備える機械加工モジュール３００内の工具保持部３１０に取り付けられた工具３１２の外形検出方法が、提案されていて、この方法は以下の工程を備える。
（ｉ）機械加工モジュール３００内に検出ユニット３０４を提供する工程。前記検出ユニット３０４は、工具保持部３１０に取り付けられた工具３１２の前記端部３１３の外形を決定する光学機構１００を備え、前記光学機構１００は、部品支持部３２０に取り付ける。
（ｉｉ）工具３１２を工具保持部３１０に装填する工程。この工程は、工具３１２と工具保持部３１０との間の相対位置の識別を可能にする。
（ｉｉｉ）（例えば、図４の構成による）計測動作位置における部品支持部３２０に対する工具保持部３１０の位置決め工程。この工程は、工具３１２を、工具３１２の特に先端部３１３又は工具３１２の別の端部を、光学機構１００によって見える配置を可能にする。
（ｉｖ）前記検出ユニット３０４の起動工程。そして
（ｖ）光学機構１００を介して、工具保持部３１０に取り付けられた工具３１２の前記先端部３１３（又は別の端部）の外形を決定する工程。

工具３１２の外形検出方法に関する第１可能性によれば、検出ユニット３０４を起動すると、使用されるのは、第１画像捕捉機構１００である。それゆえ、使用されるのは、工具３１２の先端部３１３の１画像又はそれ以上の数の画像を生成する第１画像取得機構１１２である。
この画像を分析することで、第１画像捕捉機構１１０で見た工具の縁部を検出できる。これは、光学機構の光軸Ｏに平行なＺ方向に直交する平面（Ｘ、Ｙ）に投影して見た縁部、すなわち工具３１２の先端部３１３の輪郭である。よって、工具３１２のこの端部の形状（この場合は輪郭の線）は、画像化のときに工具保持部３１に取り付けられた工具３１２の先端部３１３の幾何形状に関する情報を提供する。
この画像でも、第１画像捕捉機構１１０により見られる（射影における）単数又は複数の切削刃（最先端部）の識別も可能である。この識別は、特に切削刃の位置と幾何形状（（単数又は複数の）切削刃に相当する線の画像での形状）と両方に相対する位置に関するものである。

（代替として、又は前記の第１可能性に加えて）工具３１２の外形検出方法に関する第２可能性では、検出ユニット３０４を起動すると、使用されるのは、第２画像捕捉機構１２０である。それゆえ使用されるのは、工具３１２の先端部３１３の１画像（又は複数）の画像を生成する第２画像取得機構１２２である。この画像を解析することにより、第２画像捕捉機構１２０から見た工具の刃を検出できる。それは刃、すなわち、光学機構の光軸Ｏに平行なＺ方向に直交する平面（Ｘ、Ｙ）に投影して見た工具３１２の先端部３１３の輪郭の問題である。よって、工具３１２のこの縁部の形状（この場合は線）は、画像化のときの、工具保持部３１０に取り付けられた工具３１２の先端部３１３の幾何形状に関する情報を提供する。この画像はまた、第２画像捕捉機構１２０によって見られた（投影された）最先端（単数又は複数）を識別可能にする。この識別は、特に刃に対する、位置及び幾何学的形状（最先端に相当する線の画像での形状）についてである。

このような工具３１２の外形検出方法の実施は、特に、工具保持部のＸ軸に相対する、それゆえ計測操作位置において部品支持部３１２（３２０）に相対する、工具３１２の角度方向を決定し、また、計測操作位置において、部品支持部に相対して工具３１２が所望の方向にあることを認定する。また、そのような工具３１２の外形検出方法の実施は、外形を確立して、そして、工具保持部に取り付けられた工具３１２が期待された工具に対応する（検出された外形が期待された所定の外形に対応する）ことを検証可能にし、それゆえ、工具保持部３１０に不適切な工具を取り付けるおそれを防げるようにする。

図８は、目標２００と光学機構１００との間の相対位置の３次元計測を有効とすべく、１実施例において、光学機構１００と３次元目標２００とが協働するように、適合された光学機構１００及び３次元目標２００を備える光学装置１０を示す。後述するように、この計測は、工具保持部３１０（目標２００付き）と３２０部品支持部３２０（光学機構１００付き）との間の相対位置、及び（工具保持部３１０に取り付けられた）工具３１２と（部品支持部３２０に取り付けられた）部品３２２との間の相対位置も計測可能にしている。この計測位置では、目標２００は、主軸に平行な水平主方向Ｚをなす光学機構１００に向けて配向される。この目的のために、光学機構１００の出力で、光路Ｏは、目標２００の有効面２０２に直交している。

ここで、目標２００は、図８、図１０、図１１、図及び１２を参照して説明される。目標２００は、チップ形状であり、この場合、円形断面（正方形断面又は別の断面であってもよい）の円筒形であり、その片側が、計測のための有効面２０２を形成する。したがって、計測の目的のために、この有効面２０２は、光学機構１００に向けられ、そして特に、光学機構１００の入口面１０２の方に向けられる。Ｚ軸が、光学機構１００の入口面１０２から有効面２０２を分ける主方向（図では水平）に相当する。

目標２００の有効面２０２の表面は、第１構造２１０と第２構造２２０との間に分割される。第１構造２１０は、平らで、そして、乱反射の反射面を有する第１部分２１４と鏡面反射の反射面を有する第２部分２１６との間に分割されている、平面基準面２１２を備える。より一般的には、前記平面基準面２１２は、第１反射変数に従ってその表面が反射する少なくとも一つの第１部分（２１４）と、第１反射変数とは異なる第２反射変数に従ってその表面が反射する第２部分（２１６）との間で分割される。１実施形態では、第１部分２１４は反射拡散層、例えばＢａＳ０４硫酸バリウムで被覆され、第２部分２１６は鏡面反射による反射層、例えばクロム層で形成される。図示の実施形態では、第２部分２１６は、連続した第１部分２１４内に分配された島々又は複数区間をなす円の形をした一連の局所化領域２１７からなる。より一般的には、第２部分２１６は、第１部分２１４に配置された一連の局所化領域２１７に従って分けられている。第２部分２１６の局所化領域２１７は、第１部分２１４に分布された島又は区間である可能性がある。これら２１７の局所化領域２１７は、円以外の区間又は島などの他の形を有してもよい。これらの局所化領域２１７は、四角形、平行四辺形、長方形、正方形、ひし形、正多角形及び円といったリストからの１幾何図形を画定する。この幾何図形は、中心に対称的な幾何図形としてよい。図１０及び図１１では、２４個の局在領域２１７が正方形状に配列されている。この第１構造２１０の目的は、標準的な視覚工具を使用して中心Ｃ３を正確に識別することである。正方形の場合、この正方形の２つの対角線Ｃ１とＣ２は、正方形の中心で交差する。なお、計測位置では、図６から図１２に示すように、基準面２１２がＸ方向及びＹ方向と平行に配置されていて、図示の構成の場合、それぞれ垂直方向（垂直軸線）及び横水平方向（水平軸線）を形成している。

第２構造２２０は、基準面２１２に対して傾斜面２２２を備える。この傾斜面２２２は、実質的に平らであり、この傾斜面の平均面は、基準面２１２に対して１０度から８０度の間、例えば２０度から３０度の間、好ましくは２５度の規模の鋭角αをなす（図１２参照）。

１実施形態では、この傾斜面２２２の表面は滑らかではないが、ランダムに又は所定の幾何学的形状に従って表面の不規則性をなす刻線（レリーフ）の要素２２４を備える。例えば、それら要素の間に格子形状又は線の配列をなして、よって構造化した格子状（図示せず）又は線の配列（図１３参照）を構成している。また、１実施形態では、第２構造体２２０の傾斜面２２２の表面は、線状にされ、特に、第２構造体２２０の傾斜面２２２の表面は、エッチングされた配列、構造化された格子又は鏡面反射線２２５の配列のいずれかの要素によって覆われる。

このようなレリーフの要素２２４は、傾斜面２２２の平均面に相対的に、特に小さな粗さの形態で、又は任意の他の表面の不規則な形態で、突出していても、又は中空であってもよい。このようなレリーフの要素２２４は、傾斜面２２２の表面全体に存在してもよい。このようなレリーフの要素２２４は、傾斜面２２２の表面全体に均一に分布してもよい。例えば、これらのレリーフの要素２２４は、格子又は配列パターンのセットをなしてもよく、より一般的には、傾斜面２２２での光の十分な乱反射を可能にする構造化表面又は粗い表面をなしてもよい。
第２構造体２２２の傾斜面２２２の表面は、例えば次の要素、エッチングされた配列、又は構造化格子のいずれかによって覆われている。エッチングされた配列、又は構造化格子の、格子又は配列のパターン間のピッチは、５μｍから５０μｍの間、特に８μｍから１５μｍの間、例えば１０μｍの規模である。

例えば、この傾斜面２２２は、研磨なしシリコン又はセラミック、あるいは研磨なし金属又はガラス、あるいは他の任意の構造化可能な材料で作られていて、レリーフの要素２２４は、フォトリソグラフィ、素材の機械加工、直接書込み等、又は他の任意の構造化処理によって得られたものである。これらのレリーフの要素２２４は、例えば、それぞれ、数μｍ又は数十μｍ、特に０．５μｍから５０μｍの間で平均平面から後退又は突出している、くぼみ及び／又は突起をなしている。

別の実施形態では、図１４に示すように、この傾斜面２２２の表面は滑らかであり、クロムの線の配列、あるいは鏡面要素２２５を構成するこれらのクロム線の鏡面反射をもたらす他の材料で構成される。これらの鏡面要素２２５は、線の形で互いに平行に配置される。計測位置では、これらの線状又は帯状の鏡面要素２２５は、平面Ｙ、Ｚに平行に配置されていて、傾斜面に沿ってＺ方向に一本ずつ（Ｘ方向にも同様）存在している。次に、第２構造２２０の小板を形成する基板は、傾斜面２２２上に反射拡散層を有するガラス又はシリコンを含む異なる材料であってもよく、例えば、ＢａＳ０４硫酸バリウムが鏡面要素２２５と交互に、又は傾斜面の全面を覆い、鏡面要素２２５がこの反射拡散層の上に配置される。このような鏡面要素２２５は、傾斜面２２２の全表面にわたって規則的に分布させてよい。１実施形態では、線の形態のこれらの鏡面要素２２５は、線と線との間の隙間の幅、あるいは複数の線又は１２．５μｍの幅の帯の形をとる乱反射する部分に等しい。別の実施形態によれば、１０μｍ以上のピッチ、より一般的には５μｍから５０μｍのピッチが使用される。拡散反射を形成する表面の残りの部分と交差するこれらの鏡面要素２２５は、帯を形成する連続線又は区間以外の形態であってもよく、特に、不連続又は点線、ストライプ、円、三角形、又は他の幾何学的形状のようなパターンを含んでもよいことに留意されたい。

非図示の１実施形態によると、第２構造体２２０の傾斜面２２２は、小さな盛り上がり部又は尖り部の形で局所化されて突出しているレリーフの要素２２４を有し、これら要素は、互いに平行な列で分配されている。それらレリーフの要素２２４は、一列ずつ互いにずらされて、五角形パターンをなす。別の非図示の実施形態によれば、第２構造体２２０の傾斜面２２２は、互いに９０°で交差する二つの直列に、レリーフの要素２２４を平行及び等距離の区間の形態で支持している。これらレリーフの要素２２４のセットは、格子パターンである。この格子は、９０度の異なる角度で交差する一連の区間を持つ、２つの一連の平行な区間で構成され得ることに留意されたい。図１０から図１３において、第２構造２２０の傾斜面２２２は、それらの間の一連の平行な区間として中空のレリーフの要素２２４を有し、この場合、これらレリーフの要素２２４は、溝を形成する。したがって、このＸ方向は、レリーフの要素２２４を形成する区間の方向に直交する。

図１４の実施形態では、それゆえ、第２構造体２２０の傾斜面２２２の表面は、鏡面反射線２２５の配列、すなわち表面上の鏡面反射特性を持つ、互いに平行な連続した帯によって覆われる。

したがって、上記のいくつかの場合、特に図１３及び図１４からの場合において、第２構造２２０の傾斜面２２２の表面は筋状である。

目標２００のため表される実施形態により、目標２００の境界を決めるチップは、その有効面２０２上に、有用面２０２の表面の大部分を占める第１構造２１０と、第１構造２１０内に、第２構造２２０用の領域とを備える。この状況では、第１構造２１０は、第２構造２２０を囲む。より正確には、第１構造物２１０の第２部分２１６の局所領域２１７は、第２構造物２２０の周囲の正方形を画定している。取り得る１配置では、図示の目標２００の実施形態の場合、第１構造２１０と第２構造２２０は、互いに共通の中心部を持って有効面２０２上に配置されている。また、第１構造２１０は、図示の場合と同様に、第２構造２２０を収容する筐体２１９の開口部２１８の境界を定めていて、例えば、傾斜面２２２を持つ板上に配置される。板を第１構造２１０の筐体２１９内に収容する場合、その傾斜面２２２は、筐体２１９から開口２１８に向かって外側に向けられる。本例では、第２構造２２０は、傾斜面２２２を第１構造２１０の基準面から後退させて、その筐体２１９内に配置されている。これは、傾斜面２２２、すなわち第２構造２２０が、筐体２１９内で基準面２１２（主方向Ｚに相対的に、図１１を参照。）によって区切られる平面の後方に、例えば、０．０５ｍｍから２ｍｍ又は０．１５ｍｍの規模で、配置されていることを意味する。非図示の別の可能性によると、第２構造２２０が基準面２１２で区切られた平面よりも前方にある、前方に配置されている。非図示のさらなる１可能性により、第２構造２２０が基準面２１２で区切られた平面の両側に配置されている場合、すなわち、傾斜面２２２の一部が基準面よりも後方に位置し、傾斜面２２２の他の部分が基準面２１２よりも前方に配置される。

第１構造２１０及び第２構造２２０（ほこり、油、衝撃など）を保護するために、図１２に示されるように、目標２００は、透明材料、特にガラス中の２３０保護板を備え、第１構造２１０及び第２構造２２０を有用な面２０２の側面で覆う。
図１２に示された、取り得る１実施形態により、目標２００は、次の積み重ねる要素を備えるものである。底壁２３１は、中央が空いている板が載せられていて、筐体２１９の有効面２０２側にて、開口２１８が端にある。板２３２は、筐体２１９を閉じる保護板２３０が載せられている。全体は、目標２００全体を保持する円筒壁２３４によって囲まれている。保護板２３０は、例えば、筐体２１９内に収容されているシリコン板であり、有効面２０２に面する（レリーフの要素２２４又は鏡面要素２２５を支持している）傾斜面２２２を有する。有効面２０２に面する板２３２の表面は、第１部分２１４（乱反射による反射面）及び第２部分２１６（鏡面反射、特に局在素子２１７による反射面）に関して前述した２つの領域になっている反射層２３３を備える。

また、目標２００は、目標２００に関する固有の識別子及びデータの記憶と読み取り、場合によっては、目標２００の取り付けを意図した工具保持部３１０（図１及び図５を参照）に関する一意の識別子及びデータも記憶と読み取りを可能にするために、表されていないＲＦＩＤ（無線周波数識別）チップを備えてもよい。このデータは、例えば、工具保持部３１０の参照、及びこの３１０個の工具保持部（例、シリアル番号、型式、素材の中心部又は部品支持部３２０に対する調整、使用回数など）の使用に関連する他の情報を含み得る。図５、図９及び図１６において、目標２００（及び利用可能性のあるＲＦＩＤチップ）は、把持部をなす工具保持部３１０の一部に取り付けられている。

図８をここで参照して、目標２００を伴う光学機構１００を説明する。目標２００と共に光学装置１０をなす、光学機構１００を説明したところである。光学装置１０は、空間の３方向における二つの物体間の相対位置の計測を可能にして、それゆえ、部品支持部３２０と工具保持部３１０との間の相対位置、あるいは機械加工対象の部品３２２と工具３１２との間の相対位置の計測を可能にしている。特に、（正規直交系の可能性もある）直交空間は、直接図示されているデカルト座標系Ｘ、Ｙ、Ｚが考慮される。この光学機構１００は、目標２００の第１構造２１０の画像と、目標２００の第２構造２２０の画像の同時生成が意図されている。本願内容に従うと、この２画像の同時捕捉は、焦点合わせなしに実施可能であり、このことは非常に速い画像化を可能にしている。これまで述べた目標２００の特定の構造につながる他の特性もまた、最大精度を可能にする。出願人は、この明細書に準拠して、１μｍ以下の精度で、０．５秒以下で繰り返し相対計測が可能な３次元光学計測装置１０を作製した。

光学機構１００は、第１画像捕捉機構１１０と第２画像捕捉機構１２０とを備える。取り得る１配置によると、前記光学機構１００は、第２画像捕捉機構１２０の焦点距離と第１画像捕捉機構１１０の焦点距離との差が、基準面２１２と傾斜面２０２との間の最小距離と最大距離との間になるように配置されている。取り得る別の配置によると、第１画像捕捉機構１１０の被写界深度ＤＦ０１が、第２画像捕捉機構１２０の被写界深度ＤＦ０２の深さより著しく大きく、そして少なくとも１０倍である。例えば、第１画像捕捉機構１１０の被写界深度ＤＦ０１の深さは、第２画像捕捉機構１２０の被写界深度ＤＦ０２の深さより、１０倍から１万倍の間で大きいか、又は１００倍から５０００倍の間で大きい。さまざまな可能性の中では、第１画像捕捉機構１１０の被写界深度ＤＦ０１さは、０．８ｍｍ以上、０．５ｍｍから５ｍｍ、０．８ｍｍから３ｍｍ、又は１ｍｍから２ｍｍである。また、さまざまな可能性に応じて、第２画像捕捉機構１２０の被写界深度ＤＦ０２は、０．１ｍｍ以下であり、５μｍから５０μｍの間、８μｍから３０μｍの間、又は１０μｍから２０μｍの間のいずれかである。

１実施形態によると、第１画像捕捉機構１１０は、その画像焦点面Ｆ１が第１構造２１０の基準面２１２に一致可能に構成されていて、第２画像捕捉機構１２０は、その画像焦点面Ｆ２が３次元目標２００の傾斜面２２２に交差可能に構成されている。

光学機構１００による観察物体が目標２００であるとき、第１画像捕捉機構１１０は、本質的にかつさらなる調整なしに、目標２００と第１画像捕捉機構１１０との間の距離（２ｍｍから３ｍｍ変動可能）の範囲全体にわたって、第１構造２１０の基準面２１２全体に焦点を合わせられる。これと並行して、第２画像捕捉機構１２０は、本質的にかつさらなる調整なしに、第２２１０構造体の傾斜面２２２の部分（第２画像捕捉機構１２０から、第２画像捕捉機構１２０の焦点距離に相当する距離にある）に焦点を合わせられる。１可能性によると、第１画像捕捉機構２１０の倍率が第２画像捕捉機構２２０の倍率より小さい。

光学機構１００は、第１画像捕捉機構１１０の光路と第２画像捕捉機構１２０の光路とが、光学機構１００の光軸Ｏと、第１画像捕捉機構１１０の画像焦点面Ｆ１と、第２画像捕捉機構１２０の画像焦点面Ｆ２とにおいて、共通の断面を有するように構成されているが、この場合、光学機構１００は、被写体からの光路が、第１画像捕捉機構１１０及び第２画像捕捉機構１２０の一方に到達する前に、第１画像捕捉機構１１０及び第２画像捕捉機構１２０の他方の少なくとも１部を通過するように、好ましくは構成されている。

取り得る１配置によると、第１画像捕捉機構１１０の第１画像取得機構１１２及び第２画像捕捉機構１２０の第２画像取得機構１２２は、第１画像捕捉機構１１０を介した第１画像と、第２画像捕捉機構１２０を介した第２画像とを同時に撮像するため、同期する。この場合、目標及び光学機構１００は、機械加工対象の部品の支持部３２０と工具保持部３１０との間の３次元の相対位置を、光学機構１００による目標２００の画像化の単一のステップを経て決定可能に構成されている光学装置１０であって、計測している光学装置１０の部品となっている。この場合、この、工具保持部３１０に取り付けられている工具の先端部３１３の、光学機構１００による画像化の単一工程は、工具保持部３１０に取り付けられている工具３１２の先端部３１２の外形の決定を可能にする。その外形は、特に、工具保持部３１０に取り付けられている工具３１２の先端部３１２の３次元形状である。

前述したように、第１画像捕捉機構２１０及び第２画像捕捉機構２２０により目標２００の観察が同時にできるようにするため、後者は、光学機構１００による観察物体に向きかつ来る共通の光路部分を持つ。この例では、工具保持部３１０に目標２００の取り付け後と、部品支持部３２０に光学機構１００の取り付け後の目標２００（図６及び図８参照。）についてである。
この目的のために、計測操作位置において、第１画像捕捉機構２１０は、目標２００の有効面２０２の方向を向き、目標２００と整列された画像捕捉機構をなしている。そして第２画像捕捉機構１２０は光路１２６を持っていて、光路１２６は、目標２００と整列されている画像捕捉機構１１０の光路１１６に結合し、目標２００に対して、光学系１００の光軸Ｏに対して、そして光路１１６及び光路１２６の共通部分（目標と整列している共通部分）に対して偏心（軸をずら）している画像捕捉機構をなしている。言い換えると、目標２００に整列している画像捕捉機構の光路は、基準面２１２に対して実質的に垂直である。

特には、図６及び図８に示されるように、第１画像捕捉機構２１０は、目標２００の有効面２０２に向けられる。すなわち、第１画像捕捉機構２１０は、目標２００の有効面２０２に対して垂直に、配向されている。これは、光軸Ｏと、光路１１６及び光路１２６の共通部分とが、目標２００と整合され、目標２００の有効面２０２（したがって、基準面２１２）に垂直であることを意味する。この構成において、図６及び図８に見られるように、光軸Ｏと、光路１１６及び光路１２６の共通部分とは、主方向Ｚに平行であり、横方向Ｘ及びＹ、並びに平面Ｘ、Ｙに直交する。

１実施形態では、第２画像捕捉機構１２０の焦点距離は、第１画像捕捉機構１１０の焦点距離よりも長く、例えば、第２画像捕捉機構１２０の焦点距離と第１画像捕捉機構１１０の焦点距離との差は、０．５ｍｍから５ｍｍ以内である。

１実施形態では、第１画像捕捉機構１１０の倍率は、第２画像捕捉機構１２０の倍率以下である。例えば、第１画像捕捉機構１１０の倍率は、第２画像捕捉機構１２０の倍率の０．２倍から１倍の間である。例えば、第１画像捕捉機構１１０の倍率は、０．３と０．８の間、又は０．４と０．６の間であり、好ましくは第２画像捕捉機構１２０の倍率の約０．５倍である。

図６及び図８の実施形態では、光学機構１００はさらに、図１及び図４に関して上述した光源１４０を備える。光源１４０は、工具保持部３１０に向けられ、３次元の目標２００に向くように配向可能になっている。この光源１４０は、３次元の目標２００の横方向の照明を提供可能に配置される。この目的のために、この光源１４０は、光学機構１００の光路１１６及び光路１２６に対して偏心及び傾斜して配置される。特に、光源１４０からの光線は、目標の反射面上の鏡面反射など、目標の基準面２１２と角度を形成し、特に局所領域２１７上で、光学機構１００に入らない反射光線を生成する。同様に、傾斜面２２２が鏡面要素２２５を備える場合、これらの鏡面要素２２５上の光線の１４０反射は、光学機構１００に入らない。

１実施形態によると、使用される第１画像捕捉機構２１０及び使用される第２画像捕捉機構２２０はテレセントリック（光軸と主光線を平行とみなせる光学系）である。注意すべきことであるが、テレセントリック性は、機構を通過する全ての主光線（光線の各ビームの中心光線）が実質的に平行で、光軸に平行である光学系の特徴である。テレセントリック光学の場合、場の深さの概念は作動距離の概念に置換される。別の実施形態によると、使用される第１画像捕捉機構２１０及び使用される第２画像捕捉機構２２０は、両方ともテレセントリックではないか、両方テレセントリックであるのではない（一方がテレセントリックである）。両方テレセントリックの場合には、上記又は本願残りの部分に記載されているように、工具保持部３１０上の工具の幾何学的特性の計測に、両機構も使用するようにしてもよい。

１実施形態では、機械加工モジュール３００は、工具保持部３１０に取り付けられた上記の目標２００を備える（図１を参照）。この目標２００は、有効面２０２を備える。有効面２０２は、工具保持部が（図１に矢印Ｒで示す回転後）Ｘ軸周りの所定の角度位置にあるときに光学機構１００の光軸Ｏに配置可能であり、そして、Ｘ軸沿いの所定の軸方向位置（図６、図７、図８参照。）に配置可能である、位置決め基準をなしている。有効面２０２は、また、工具保持部３１０の部品支持部３２０に対する基準位置をなしている。
この基準位置において、目標２００は、光学機構１００の画像焦点面が目標の有効面２０２と一致するように配置される。特に、しかしこれに限定されるものではないが、この基準位置において、目標２００は、光学機構１００の第１画像捕捉機構１１０の画像焦点面Ｆ１が目標の有効面２０２と一致して（図１２参照）、それにより第２画像捕捉機構の画像焦点面Ｆ２が目標２００の傾斜面２２２と交差することがあるように、配置される（第２画像捕捉機構１２０の焦点距離は、第２画像捕捉機構１２０の画像焦点面Ｆ２を目標２００の第２構造２２０上に配置可能である）。

図１及び図６をこれから参照して、加工モジュール３００内に光学装置１０を持つ工作機械の場合での、目標２００と光学機構１００との間の３次元光学計測方法を説明する。基準方向Ｘ、Ｙ及びＺは、工作機械、特に、縦方向Ｘ（又は第１横軸）、主水平方向Ｚ（又は主軸）、及び横水平方向Ｙ（又は第２横軸）を与える工作機械の枠組みのものである。目標２００を工具保持部３１０上に配置する（図５参照）。工具保持部３１０は、Ｘ軸に対応する水平主方向に延在し、このＸ軸を中心に回転する可能性を持つ。この目的のために、例えば把持部のような工具保持部３１０の一部は、通常、把持を締めたり解放したりする、工具を取り付ける専用の筐体をその周辺に持っている。筐体の中に目標２００が、場合によって先述のＲＦＩＤチップを伴って、配置されてよい。さらに、光学機構１００は、加工対象の部品３２２を受け取る部品支持部３２０（図１参照）に取り付けられている。部品支持部３２０は、Ｚ軸に対応するその水平主方向に沿って延在し、このＺ軸を中心に回転可能である。次に、加工工程の前に、部品支持部３２０及び工具保持部３１０を互いに近い位置に配置し、相対計測位置で工具３１２と機械加工対象の部品３２２とを互いに近づける。目標２００を工具保持部３１０上に位置決めし、光学機構１００を部品支持部３２０上に位置決めすることにより、この相対計測位置において、目標２００、より正確には基準面２０２を光学機構１００のＯ軸の延長上に配置可能となる（この光軸ＯはＺ方向に平行であることに留意されたい）。目標２００の基準面２０２は、これにより、光学機構１００の入口面１０２に向く。

図１に示すように、光学装置１０はまた、工具保持部１３０上に配置される第３画像捕捉機構１３０を備え、目標２００の有効面２０２の向きと、工具保持部３１０の回転する部分の、特にＸ軸周りの角度の向きとの少なくとも一方を識別するように構成されている。目標２００位置決めの追加の予備工程は、光学機構１００との同時の画像捕捉工程の前に実行される。ここでは以下のとおりである。
工具保持部３１０及び部品支持部３２０が配置されると、３次元の目標２００の有効面２０２が光学機構１００の光路Ｏ内にある。特に、第３画像捕捉機構１３０を使用して、目標２００の工具保持部３１０の回転する部分に対する、それゆえＸ軸に対する、角度方向を識別するようにしてよい。ここでは、必要に応じて、工具保持部３１０の回転する部分の角度方向を変更可能にして（図６の矢印Ｒを参照）、それによって、目標２００の有効面２０２が光学機構１００に向くように、目標２００を配置する。図６及び図８で上述したように、目標２００が光学機構１００に配向されているところでの相対計測位置が得られる。この場合、Ｚ方向が、目標２００と光学機構１００との間に延在している。

１実施形態では、光学装置１０はまた、第３画像捕捉機構１３０を工具保持部３１０上に備え、そのＸ軸の周りに工具保持部３１０の角度方向を識別すべく構成される。目標２００がある状態で、この第２画像捕捉機構１３０は、工具保持部３１０のＸ軸を中心とした目標２００の有効面２０２の方向の識別もできるか、あるいは識別するだけである。

光学装置１０、すなわち、光学機構１００及び関連する目標２００を最初に使用するにあたっては、それぞれ（光学機構１００は）部品支持部３２０及び（目標２００は）工具保持部に取り付けてあって、目標２００を持っている工具保持部３１０に対する目標２００の位置の、Ｘ、Ｙ、及びＺの３方向において、目標２００の位置の空間的基準を決める追加の事前工程を実行しなければならない。光学機構１００の変数、すなわち、第１画像捕捉機構１１０及び第２画像捕捉機構の変数は、それらの焦点距離を含めて明らかに既知であることに留意されたい。この段階は、機械加工モジュール３００の作業空間が閉鎖されていて、一定温度に維持されているならば、この熱安定性は、光学装置１０の寸法安定性、したがってそれら変数の安定性を作り出すといえるだろう。

目標２００と光学機構１００との間の相対的３次元位置計測は、工作機械の場合に、工具保持部３１０と部品支持部３２０との間のＸ、Ｙ、Ｚでの相対的な３次元位置を決定すべく使用されることを覚えておいてほしい。

ここでは、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向は、例えば工作機械の機械加工モジュール３００の（３つの）軸線である。よって、Ｚは、第１物体（工具保持部３１０）を第２物体（部品保持部３２０）から分ける水平主方向である主軸として定義されることがある。Ｘは、垂直方向又はより一般的には第１横軸として定義されることがあり、Ｙは、横方向の水平方向又はより一般的には第２横軸として定義してよい。１実施形態では、工具保持部３１０は、このＸ方向に平行な軸を中心に回転する。

この目標２００の、３方向Ｘ、Ｙ及びＺにおける位置の空間基準を決める工程（光学装置１０の較正）の間に、例えば、図６及び図９の配置を用いて、光学機構１００による画像捕捉が起動される。その結果、第１画像捕捉機構１１０の第１画像取得機構１１２による、基準面２１２全てを持つ、目標２００の有効面２０２全体の第１の鮮明に焦点が合った画像の生成がなされる一方で、第２画像捕捉機構１２０の第２画像取得機構１２２による、水平の帯の形で鮮明に焦点が合った１画像だけを持つ、目標２００の斜面２２２の全体の第２画像の生成がなされる。
この第１画像は、ここでは正方形（図１０参照）の境界を持つ局所化領域２１７の画像を備えて、第１画像の処理は、正方形の対角線Ｃ１及び対角線Ｃ２を生成し、正方形の中心Ｃ３の識別を可能にする。
このように、第１画像上の光軸Ｏの位置は既知であるので、正方形の中心Ｃ３の位置を決定することにより、光軸Ｏに対する目標２００のＸ及びＹの位置だけでなく、工具保持部３１０上のＸ方向の計測部３１４に対する位置、及び工具保持部３１０上のＹ方向の計測部３１６に対する位置も可能になる。図６及び図９に示すように、工具保持部３１０の１面は、Ｘ軸に直交するＸ基準として使用され、例えば、工具保持部３１０の断面に沿う再入光の肩部の結果、第１画像上に線として見え、Ｘ方向の計測部３１４を形成する（図９参照）。さらに、図６及び図９に示されるように、工具保持部３１０の寸法は、Ｘ軸に直交する目標２００近傍のＹ基準として使用され、工具保持部３１０の目標２００近傍の幅（Ｙ方向に平行）として示される場合、例えば、工具保持部３１０のこの部分が円形断面の円筒形である場合の直径として使用される。この寸法は、Ｙ方向の計測部３１６を形成する（図９参照）。

第２画像と並行して、図１５Ａに示されている１例が処理される。この第２画像の局所的なコントラストを分析することによって（図１５ＢはＸにおける位置を関数とするコントラストの曲線を表す）、縦方向ＸのＸ０位置が、第の画像の鮮明に焦点が合っている領域の垂直方向Ｘにおいて決定される。この分析は、画像の最も鮮明な画素を決定するアルゴリズムを使用して行われる。傾斜面２２２の傾きがわかるので、この傾斜面２２２の目標２００に特有のＸとＺの間の相関曲線が利用可能である。Ｘ０位置の情報（図１５Ａ及び図１５Ｂを参照）は、Ｘ０位置の情報（図１５Ａ及び図１５Ｂを参照）から、光軸Ｏ上の傾斜面２２２のＺ０位置、したがって、光学機構１００に対する目標２００のＺ位置の推定を可能にする。さらに、部品支持部３２０に対する光学機構１００のＺにおける位置は、（非図示の）計測縮尺からわかる。計測縮尺は、部品支持部３２０上のＺ軸上に配置され、光学機構１００を補助する。同様に、工具保持部３１０の計測部３１４に対する目標２００のＺにおける位置がわかる。

（例えば、部品支持部３１０を前後に動かすことによって）部品支持部３２０のＺ方向の工具保持部３１０までの距離を変えてこの操作を複数回行うことにより、目標２００の傾斜面２２２の３次元画像を再構成可能としてよく、工具保持部３１０に対する目標２００の傾斜面２２２の３次元座標のマッピングを形成する基準の基礎が得られるようにしてよい。最終的に、目標２０２の有効面２００全体（基準面２１２及び傾斜面２２２）が、工具保持部３１０に対して、Ｘ、Ｙ及びＺの３方向において空間的に参照される。

続いて、この目標２００及びこの光学機構１００を備えた機械加工モジュール３００の動作中に必要に応じて計測を行い、上述した空間基準の計測精度を維持するために、計測の間に取り外しは行わない。例えば、図６の構成が使用される。Ｘ軸（図１の矢印Ｒを参照）に平行なその（部品支持部３２０の）回転軸を中心とする部品支持部３２０の回転が、必要に応じて、目標２００を光学機構１００と位置合わせするために行われるものとする。それから、光学機構１００が作動され、その結果、第１画像捕捉機構１１０の第１画像取得機構１１２による、基準面２１２の全てを持つ、目標２００の有効面２０２の全ての第１の鮮明に焦点が合った画像の生成を引き起こす一方で、第２画像捕捉機構１２０の第２画像取得機構１２２による、第２画像捕捉機構１２０の焦点距離に相当する水平帯の形の鮮明に焦点が合った（図６のように第２画像の）領域の１つだけを持つ、目標２００の傾斜面２２の全ての第２画像の生成を引き起こす。先述したように、この第１画像の分析によって、局所化された要素２１７によって形成された正方形の中心Ｃ３、及び光軸Ｏに対する目標２００のＸ及びＹ位置の識別が可能になる。それにより、光学機構１００に対する目標２００の距離が識別可能である。実際、第２画像について、工具保持部３１０上の基準３１４及び基準３１６に対する傾斜面２２２の画像の各画素のＺ位置がわかるので、目標２００のＺ位置の、それゆえ工具保持部３１０のＺ位置の非常に迅速な計測が可能である。

先の記載から明らかなことは、このようにして、光学機構１００に対する目標２００のＸ、Ｙ、Ｚの位置と、それゆえ部品支持部３２０に対する工具保持部３１０のＸ、Ｙ、Ｚ位置を要する計測は、光学機構１００によって生成された二つの画像の分析だけで、光学機構１００の調整又は焦点合わせの時間損失なく、非常に迅速に計測されることである。これが可能であるのは、光学機構１００を支持する部品支持部３２０に対する、光学機構１００のＸ、Ｙ、及びＺ位置が分かるためである。工具保持部３１０に対するこの素材中心（部品支持部３２０）の基準決めは、例えば、工具保持部３１０に接触部（フィーラ）を取り付けることで、実施可能としてもよい。接触部は、Ｘ方向における基準決めの第１段階において、一方では光学機構１００上で、他方では材料支持部３２０上で接触部の先端と接触して、光学機構１００と光学機構１００との間の方向Ｘの差を示すものである。これらの接触部の接触工程を、工具保持部３１０の軸を部品支持部のＺ軸に平行に配置した後に再実施することによって、光学機構１００と光学機構１００との間のＺ方向の間隔を得られる。熱ドリフトの現象の際、例えば機械加工モジュールの異なる部品の膨張の際は、この計測手順により熱膨張の影響を取り除ける。

この手順は、これより説明するように、光学機構１００によって工具保持部３１２に取り付けられた工具３１０の端部３１３の位置又は外形の決定に使用されてよい。この方法は、光学機構１００に対する目標２００のＸ、Ｙ、Ｚの３方向の位置の空間的基準について先の説明に従うが、光学機構の光軸Ｏに、目標２００に替えて工具３１２の先端部３１３を配置する点が異なる（図４及び図１６参照）。この場合、検出ユニット３０４を起動すると、第１画像捕捉機構１１０及び第２画像捕捉機構１２０の両方が（特に同時に）使用され、したがって、第１画像取得機構１１２及び第２画像取得機構１１２の両方が、工具３１２の先端部３１３の１画像（又はそれ以上の複数画像）を生成することが理解される。実際、この計測位置では、端部３１３は、光学機構１００の第１画像捕捉機構１１０の画像焦点面Ｆ１が先端部３１３の表面の一部と一致可能に配置され、したがって、第２画像捕捉機構の画像焦点面Ｆ２は、先端部３１３の表面の一部と交差可能である。第２画像捕捉機構１２０の焦点距離は、それにより第２画像捕捉機構１２０１の焦点面Ｆ２を先端部３１３の表面の一部に配置可能である。

それにより、第２画像捕捉機構１２０によって捕捉された画像は、鮮明に焦点が合った領域を介して、光学機構１００（従って部品支持部３２０）に対する先端部３１３の位置のＺ軸について得るべき精確な情報を可能にすることが明らかである。そして、第１画像捕捉機構１１０によって捕捉された画像が、工具２１２の先端部３１３の可視面全体の画像であり、この画像の全部又は大部分で焦点が合っていることも明らかである。第１画像捕捉機構１００によって捕捉された先端部３１３のこの画像が、工具２１２の先端部３１３の提供されるべきマップを可能にする。この画像は、Ｚ軸に沿った投影に見られていて、先端部３１３の外形又は外形の一部をなす、工具２１２の先端部３１３の縁の線の見え方を含む。

工具３１２の外形検出方法に関する第３の可能性によれば、前述のように、検出ユニット３０４を起動する場合、使用されるのは（少なくとも場合において）第１画像捕捉機構１１０であり、したがって、工具３１２の先端部３１３の１画像（又はそれ以上の画像）を生成するのは第１画像取得機構１１２である。この画像を分析することで、第１画像捕捉機構１１０で見た工具の刃（縁部）を検出できる。これは、光学機構の光軸Ｏに平行なＺ方向に直交する平面（Ｘ、Ｙ）に投影して見た端部、すなわち工具３１２の先端部３１３の輪郭である。このように、第１１０捕捉機構によって撮影された画像から得られる工具３１２のこの縁部の形状（この場合は線）は、画像捕捉時に工具保持部３１１に取り付けられた工具３１２の先端部３１３の形状に関する情報を提供する。この画像では、第１画像捕捉機構１１０で見られる（投影の）最先端の認識も可能にする。この認識は、特に縁部に対する位置と幾何形状（最先端に相当する線の画像上の形状）の両方に関連する。

異なる複数角度から観察される、光学機構１００からの先端部３１３の異なる複数画像を捕捉すべく、工具保持部のＸ軸についての回転後に、工具の先端部３１３のこれらの画像化の操作が、数回繰り返しされてもよいことが明らかである。異なる複数角度としては、特に、異なる角度からの数度又は１０度から２０度の回転である。これら全ての画像は、工具３１２の先端部３１３の形状（外形）の３次元再構成を可能にする。

また、本発明の実施形態では、工作機械における工具３１２の摩耗検出方法が提案されている。ここでは（上述の可能な実施形態のいずれか又はその他に応じて）上述の工具外形検出方法が採用されて、第１状態にある工具の先端部３１３の外形を表す情報（少なくとも一つの画像を備える）が得られる。この摩耗検出方法は、以下の工程も備える。
（ｖｉ）前記工具３１２を用いる機械加工工程（複数）の実施工程。この工程により、変形した外形（第２状態又は新しい外形）を持つ先端部３１３の工具３１２が得られる。
（ｖｉｉ）（例えば、図４の構成に従った）前記作動計測位置における、部品支持部３１０に対する工具保持部３１０の位置決め工程。
（ｖｉｉｉ）前記検出ユニット３０４の起動工程。
（ｉｘ）光学機構１００を介して、工具保持部３１０に取り付けられている工具３１２の先端部３１３の変形した外形を決定する工程。（例えば、最先端の位置と方向との少なくとも一方の検証のため、又は切削工具の品質の検証、それにより、将来の加工操作に必要な切削工具の種類分類の検証のため）そして
（ｘ）前記工具の前記先端部３１３の外形及び変形した外形に基づいて、工具の摩耗状態を確定する工程。

この場合、第１状態及び第２状態における工具の先端部３１３の画像に関連する情報を比較することによって、摩耗率、摩耗のタイプ、摩耗率を持つ工具の摩耗を判定、追跡、及び限定ができる。例えば、この手順では、特に一連の同一工具の最初の工具の場合に、工具の使用と並行して画像が取得されるときの摩耗曲線を作成できる。一連の同一工具の新しい工具ごとに、取得した画像に関連する情報から摩耗曲線を再構築するか、既に確立されている摩耗曲線を調整して、このタイプの工具の摩耗曲線を作成できる。このようにして、同じ工具のこの一連のｎ番目の工具を使用するとき、より少ない頻度で画像を取得可能であり、以前取得した摩耗曲線又は摩耗の尺度と比較可能であり、傾向を見て、この工具で将来の摩耗を予測し、一方では、この工具で作成された新しい１つの部品のために、又は現在の部品でまだ実行される新しい加工工程のために、工作機械の設定を適宜変更可能であり、他方では、次の部品のために工具の変更の予測や決定が可能である。

このことはまた、実行された加工工程後に外形が変わった工具が、その新しい形状が要求仕様にまだ対応しているかを検証して妥当性を確認する（又は妥当でないとする）ことによって、工具の良い（悪い）状態を認定するのに役立つ。

さらに、そのような工具３１２摩耗検出方法の実施は、計測操作位置において、特に、工具保持部のＸ軸に関して、従って、部品支持部３１２に関して、その変化した外形を有する工具３１２の角度方向の把握を可能にし、また、その変化した外形を有する工具３１２が、計測操作位置において、部品支持部３１０に対して所望の方向にあることを検証することも可能にする。また、そのような工具３１２の摩耗検出方法の実施は、外形が外形され、工具保持部に取り付けられた工具３１２が所望の工具（検出された外形は、予測された所定の外形に対応する）であることの検証を可能にし、したがって、工具保持部３１０上に不適切な状態の工具の取り付けを回避する。

１実施形態では、先に記載した機械加工モジュールを備えた工作機械には、工具３１２の外形を検出する前記ユニット３０４によって提供される情報に基づく工具外形の偏差を計算可能である、工具の摩耗を監視するユニット３０６（図１）の装備が提案される。特に、この工作機械では、工具の摩耗を監視する前記ユニット３０６は、工具３１２の先端部３１３の外形の前記偏差が所定の偏差を超える場合、工具保持部３１０に取り付けられている工具３１２の先端部３１３の変形した外形（新しい外形）を、機械加工変数を再計算すべく取得可能である。この変形した外形は、検出ユニット３０４によって検出されている。それらの機械加工変数は、特に、工具保持部３１０の移動用情報を含み、これは工具保持部制御ユニット３０２に送信される。特に、この外形の偏差が偏差のしきい値を超える場合、新しい工具外形に関連する情報は、工具保持部３１０の移動用の修正情報を含む機械加工変数の再計算に使用される。その移動用の修正情報は、工具保持部制御ユニット３０２に送信されるものである。このようにして、保持部制御ユニット３０２は、この修正情報を受信して、検出ユニット３０４による工具外形の計測に応じた機械加工工程の適合を可能にする。

Ｘ軸に工具保持部３１０を水平に、Ｙ軸に工具保持部３００を垂直に、Ｘ軸に平行な軸回りに回転工具３１２を、Ｘ軸に工具保持部３１０を移動する工具を備える加工モジュール３００の実施形態について、上記の説明を行った。図１７に示される別の実施形態によれば、加工モジュール３００は、水平である加工モジュール３００のＹ軸と垂直であるＸ軸に沿って延在する工具保持部３１０と、Ｘ軸に平行な軸の周りに常に回転工具３１２と、Ｘ軸に沿って移動する工具保持部３１０とを備えて、本発明に従って実施される。図１８及び図１９に示す別の実施形態によれば、機械加工モジュール３００は、本発明に従って、一連の平行工具３１０’を備えた工具保持部３１２、３１２’、３１２’’、３１２’’’を備え、Ｙ（垂直）方向に整列されて使用される。各工具３１２、３１２’、３１２’’、３１２’’’は、水平なＸ軸に沿って延在し、各工具３１２、３１２’、３１２’’、３１２’’’工具のいずれかを搭載する工具保持部３１０’（例えばスピンドル）の回転する部分を介してＸ軸に平行な軸を中心に回転する。工具保持部３１０’は、Ｘ軸沿いとＹ軸沿いの移動が可能であり、好ましくは垂直軸のＹ軸を中心とした回転（矢印Ｂ）も可能である。この実施形態は、工具３１２、３１２’、３１２’’、３１２’’’のいずれかから進めることでの機械加工の継続を可能にする。この場合、工具保持部３１０’は（少なくとも一つの）目標２００を備えて、これは、先に記載したＲＦＩＤチップを携えていてもよい。図１８に示すケースでは、２個の目標２００が、Ｘ軸に平行な軸の周りを回転しない工具保持部３１０’保持部の後部に配置されている。非図示ではあっても、目標２００は、工具３１２、３１２’、３１２’’、３１２’’’それぞれに、工具保持部３１０’（例えばスピンドル）の回転する部分の高さで提供されてもよい。この工具保持部３１０’は、工具３１２、３１２’、３１２’’、３１２’’’の１つを持っているものとする。

Ｘ 垂直方向（第１横軸）
Ｙ 水平横方向（第２横軸）
Ｚ 主水平方向（主軸）
Ｃ１ 対角線
Ｃ２ 対角線
Ｃ３ 中心
α 傾斜面の角度
Ｒ 工具保持部と目標の回転を表す矢印
１０ 光学装置
１００ 光学機構
Ｏ 光軸
１０２ 光学機構入口面
１０４ 環状の前方光源
１０６ 後方光源
１１０ 第１画像捕捉機構
ＤＯＦ１ 第１画像捕捉機構の被写界深度
Ｆ１ 第１画像捕捉機構の画像の焦点面
１１２ 第１画像取得機構
１１６ 第１画像取得機構の光路
１２０ 第２画像捕捉機構
ＤＯＦ２ 第２画像捕捉機構の被写界深度
１２２ 第２画像取得機構
１２６ 第２画像捕捉機構の光路
１２８ 反射光学機構を持つ光学モジュール
１２９ 鏡
１３０ 第３画像捕捉機構
１４０ 光源（横方向照明）
２００ ３次元目標
２０２ 有効面
２１０ 第１構造
２１２ 基準面
２１４ 第１部分（乱反射の反射面）
２１６ 第２部分（鏡面反射の反射面）
２１７ 局所化領域
２１８ 開口部
２１９ 筐体
２１０ 第２構造
２２２ 傾斜面
２２４ レリーフの要素
２２５ 鏡面要素
２３０ 透明保護板
２３１ 底壁
２３２ 板部
２３３ 反射層
２３４ 円筒状壁
３００ 機械加工モジュール
３０２ 工具保持部の制御ユニット
３０４ 工具外形検出ユニット
３０６ 工具摩耗追跡ユニット
３０８ 部品支持部の制御装置
３１０ 工具保持部
３１０’ 工具保持部のマルチスピンドル
３１２ 工具
３１２’ 工具
３１２’’ 工具
３１２’’’ 工具
３１３ 工具の先端部
３１３Ａ 摩耗領域
３１４ 工具保持部のＸ方向の計測部
３１６ 工具保持部のＹ方向の計測部
３２０ 部品支持部又は素材スピンドル
３２２ 加工対象部品（素材）

Claims (17)

1. 工作機械用の、材料を除去する機械加工モジュール（３００）であって、
   機械加工対象の部品（３２２）の受け入れが意図された部品支持部（３２０）と、
   機械加工モジュール（３００）内の部品支持部（３２０）の位置を制御及び修正するのに適合された部品支持部の制御ユニット（３０８）と、
   部品支持部上に取り付けられた部品を機械加工するのに使用される先端部（３１３）を持つ工具（３１２）を受け入れる工具保持部（３１０）と、
   機械加工モジュール（３００）における工具保持部（３１０）の位置を制御及び修正するのに適合された工具保持部の制御ユニット（３０２）と、
   工具保持部に取り付けられた工具（３１２）の外形を検出するユニット（３０４）であって、工具保持部（３１０）に取り付けられた工具（３１２）の先端部（３１３）の外形を求める光学機構（１００）を備え、光学機構（１００）は部品支持部（３２０）に取り付けられている、前記ユニット（３０４）と
   を備え、
   前記機械加工モジュール（３００）が、さらに３次元の目標（２００）を備え、前記目標（２００）が、前記工具保持部（３１０）に取り付けられていて、
   前記目標（２００）が、
   前記工具保持部（３１０）が軸線（Ｘ）を中心とする所定の角度位置にあり、かつ前記軸（Ｘ）に沿った所定の軸位置にあるときに、光学機構（１００）の光軸（Ｏ）上で動くように適合されている位置決め基準を形成して、前記工具保持部（３１０）の前記部品支持部（３２０）に対する基準位置を形成する有効面（２０２）と、
   前記有効面（２０２）上に
   平面基準面（２１２）を画定する第１構造（２１０）と、
   前記平面基準面（２１２）に対して傾斜している傾斜面（２２２）を備える第２構造（２２０）と、を備え、
   前記光学機構（１００）が、第１画像捕捉機構（１１０）と第２画像捕捉機構（１２０）とを備え、ここでは、前記第２画像捕捉機構（１２０）の焦点距離が前記第１画像捕捉機構（１１０）の焦点距離に重ならない区間が、前記光軸（Ｏ）に沿って前記平面基準面（２１２）と前記傾斜面（２２２）の間の最小距離と最大距離との間に存在している、機械加工モジュール（３００）。
2. 前記光学機構（１００）が、前記工具保持部（３１０）が計測操作位置にあるときに前記外形を検出可能にするように構成されている、請求項１に記載の機械加工モジュール（３００）。
3. 前記光学機構（１００）は、その画像焦点面が前記計測操作位置において前記工具（３１２）の先端部に交差できるように構成された第１画像捕捉機構（１１０）を備える、請求項２に記載の機械加工モジュール（３００）。
4. 前記光学機構（１００）が、工具保持部（３１０）のＸ軸方向に直交する光軸（Ｏ）を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の機械加工モジュール（３００）。
5. 前記光学機構（１００）が、目標の画像化の単一の工程によって、前記部品の部品支持部（３２０）と前記工具保持部（３１０）との間の３次元相対位置を前記光学機構（１００）により決定可能に構成されている、計測光学装置（１０）の一部である、請求項１から４のいずれか一項に記載の機械加工モジュール（３００）。
6. 前記計測光学装置（１０）が、前記工具保持部（３１０）に取り付けられた前記工具（３１２）の先端部の画像化の単一の工程によって、前記工具保持部（３１０）に取り付けられた前記工具（３１２）の先端部の外形を前記光学機構（１００）により決定可能にも構成されている、請求項５に記載の機械加工モジュール（３００）。
7. 前記計測光学装置（１０）が、光学機構（１００）の光軸（Ｏ）に平行に、かつ工具保持部（３１０）に向かって配向された前方光源（１０４）をさらに備える、請求項５又は６に記載の機械加工モジュール（３００）。
8. 前記計測光学装置（１０）は、光学機構（１００）に向けて配向された後方光源（１０６）をさらに備える、請求項５から７のいずれか一項に記載の機械加工モジュール（３００）。
9. 前記計測光学装置（１０）は、前記工具保持部（３１０）に向けて配向された光源（１４０）をさらに備え、前記光源（１４０）は、前記３次元の目標（２００）の横方向照明を提供するように配置されている、請求項５に記載の機械加工モジュール（３００）。
10. 前記第１画像捕捉機構（１１０）の被写界深度が、前記第２画像捕捉機構（１２０）の被写界深度の少なくとも１０倍であり、
    前記光学機構（１００）は、前記第１画像捕捉機構（１１０）の光路と前記第２画像捕捉機構（１２０）の光路とが、前記光学機構（１００）の前記光軸（Ｏ）上に位置し、前記第１画像捕捉機構（１１０）の画像焦点面と前記第２画像捕捉機構（１２０）の画像焦点面とからなる共通部分を備えるように配置されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の機械加工モジュール（３００）。
11. 請求項１又は１０に記載の機械加工モジュール（３００）において、
    前記第１画像捕捉機構（１１０）は、その画像焦点面が前記第１構造（２１０）の前記平面基準面（２１２）に一致できるように構成されていて、
    前記第２画像捕捉機構（１２０）は、その画像焦点面が前記目標（２００）の前記傾斜面（２２２）に交差できるように構成されている、機械加工モジュール（３００）。
12. 前記計測光学装置（１０）が、前記工具保持部（３１０）上に配置され、前記軸線（Ｘ）を中心とした前記工具保持部（３１０）の角度方向を識別するように構成された第３画像捕捉機構（１３０）をさらに備える、請求項５から９のいずれか一項に記載の機械加工モジュール（３００）。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の機械加工モジュール（３００）を備える工作機械であって、前記工作機械は、検出ユニット（３０４）によって提供される情報から工具の外形の偏差を計算可能な、工具の摩耗を監視するユニット（３０６）をさらに備える、工作機械。
14. 工具の摩耗を追跡する前記ユニット（３０６）が、工具外形の偏差が所定の偏差を超える場合に、前記検出ユニット（３０４）によって検出された、前記工具保持部（３１０）に取り付けられた工具（３１２）の先端部（３１２）の変化した外形を、機械加工変数の再計算に使用することを可能にし、
    前記機械加工変数は、前記工具保持部（３１０）の移動に関する情報を含み、工具保持部制御ユニット（３０２）に送信されるものである、請求項１３に記載の工作機械。
15. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の前記機械加工モジュール（３００）において、前記工具保持部（３１０）に取り付けられた前記工具（３１２）の位置を検出する方法であって、以下の
    （ｉ）前記機械加工モジュール（３００）内に前記検出ユニット（３０４）を供給する工程であって、前記検出ユニット（３０４）は、前記工具保持部（３１０）に取り付けられ、前記工具保持部（３１２）の前記先端部（３１３）の外形を決定するための前記光学機構（１００）を備え、前記光学機構（１００）は前記部品支持部（３２０）に取り付けられる、前記供給する工程と、
    （ｉｉ）前記工具（３１２）を前記工具保持部（３１０）に装填する工程と、
    （ｉｉｉ）前記工具保持部（３１０）の計測操作位置における前記部品保持部（３２０）に対する位置決めをする工程と、
    （ｉｖ）前記検出ユニット（３０４）を起動する工程と
    （ｖ）前記光学機構（１００）を介して、前記機械加工モジュール（３００）内の前記工具（３１２）の位置を決定する工程と
    を備える、前記方法。
16. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の前記部品保持部（３２０）と前記工具保持部（３１０）とを備える前記機械加工モジュール（３００）において、前記工具保持部（３１０）に装着された前記工具（３１２）の外形を検出する方法であって、以下の
    （ｉ）前記機械加工モジュール（３００）内に前記検出ユニット（３０４）を供給する工程であって、前記検出ユニット（３０４）は、前記工具保持部（３１０）に取り付けられ、前記工具保持部（３１２）の前記先端部（３１３）の外形を決定するための前記光学機構（１００）を備え、前記光学機構（１００）は前記部品支持部（３２０）に取り付けられる、前記供給する工程と、
    （ｉｉ）前記工具（３１２）を前記工具保持部（３１０）に装填する工程と、
    （ｉｉｉ）前記工具保持部（３１０）の計測操作位置における前記部品保持部（３２０）に対する位置決めをする工程と、
    （ｉｖ）前記検出ユニット（３０４）を起動する工程と、
    （ｖ）前記光学機構（１００）を介して、前記工具保持部（３１０）に取り付けられた前記工具（３１２）の前記先端部（３１３）の外形を決定する工程と
    を備える、前記方法。
17. 工作機械における工具の摩耗を検出する方法であって、請求項１６に記載の工具の外形を検出する方法が実施され、さらに以下の
    （ｖｉ）前記工具（３１２）を用いて機械加工工程を実施する工程であって、それら工程により変化した外形を持つ前記先端部（３１３）を有する前記工具（３１２）が得られる、前記実施する工程と、
    （ｖｉｉ）前記部品保持部（３２０）に対する前記工具保持部（３１０）の前記計測操作位置での位置決めをする工程と、
    （ｖｉｉｉ）前記検出ユニット（３０４）を起動する工程と、
    （ｉｘ）前記工具保持部（３１０）に取り付けられた前記工具（３１２）の前記先端部（３１３）の変化した外形を決定する工程と、
    （ｘ）前記工具の前記先端部（３１３）の前記外形及び前記変化した外形からの前記工具の摩耗状態を確定する工程と
    を備える、前記方法。

Images