RU2783417C1 - Machining module and a machine system with a device for determining the profile of the tool, and a method for determining the profile of the tool - Google Patents

Machining module and a machine system with a device for determining the profile of the tool, and a method for determining the profile of the tool Download PDF

Info

Publication number
RU2783417C1
RU2783417C1 RU2021136218A RU2021136218A RU2783417C1 RU 2783417 C1 RU2783417 C1 RU 2783417C1 RU 2021136218 A RU2021136218 A RU 2021136218A RU 2021136218 A RU2021136218 A RU 2021136218A RU 2783417 C1 RU2783417 C1 RU 2783417C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tool
holder
tool holder
optical system
imaging system
Prior art date
Application number
RU2021136218A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Филипп ЖАКО
Себастьян ЛАПОРТ
Original Assignee
Лди Финанс
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Лди Финанс filed Critical Лди Финанс
Application granted granted Critical
Publication of RU2783417C1 publication Critical patent/RU2783417C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: machining module of the machine tool system for machining contains a part holder designed to accommodate the part to be machined, a part holder control device made with the ability to control and change the position of the part holder in the machining module, a tool holder designed to accommodate a tool containing an end section used for machining the part, a tool holder control device made with the ability to control and change the position of the tool holder in the machining module, a measuring device for determining the profile of the tool installed in the tool holder, containing an optical system for determining the profile of the end section of the tool installed in the holder, while the optical system is installed on the part holder.
EFFECT: accuracy of determining the profile of the end section of the tool is accelerated and increased.
19 cl, 20 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Настоящее изобретение относится к области станочных систем. Настоящее изобретение также относится к области оптического определения положения обрабатывающего инструмента in situ в обрабатывающем модуле, и, в частности, в станочной системе. Настоящее изобретение также относится к области оптического определения профиля обрабатывающего инструмента in situ в обрабатывающем модуле, и, в частности, в станочной системе. В особенности, это вопрос станочной системы, образующей станок, который осуществляет механическую обработку путем удаления материала, в частности, на этапе обработки деталей вращения (токарной обработки, токарно-прутковой обработки и т.п.), включая станочную систему с числовым программным управлением (ЧПУ).The present invention relates to the field of machine tools. The present invention also relates to the field of optically determining the position of a machining tool in situ in a machining module, and in particular in a machine tool system. The present invention also relates to the field of optical in situ profiling of a machining tool in a machining module, and in particular in a machine tool system. In particular, it is a question of the machine tool system constituting a machine tool that performs machining by removing material, in particular, in the stage of machining rotation parts (turning, bar turning, etc.), including a CNC machine system ( CNC).

Уровень техникиState of the art

В области станочных систем есть потребность в точном знании положения обрабатывающего инструмента, установленного в держателе инструмента. Также полезно знать, как развивается износ указанного инструмента. Данная информация полезна для того, чтобы гарантированно обеспечить диапазон параметров обработки, соответствующий плану обработки, разработанному во время настройки станка.In the field of machine tools, there is a need to know exactly the position of the machining tool mounted in the tool holder. It is also useful to know how the wear of a specified tool develops. This information is useful to ensure that the range of machining parameters is consistent with the machining plan developed during machine setup.

Изготовление деталей посредством обрабатывающих модулей (станочных систем), в частности, ножниц, автоматических токарных станков, токарно-фрезерных многоцелевых станков, фрезерных станков, обрабатывающих центров и многопозиционных станков-автоматов обычно содержит три отдельные стадии.The production of parts by means of machining modules (machine systems), in particular shears, automatic lathes, turn-mill centers, milling machines, machining centers and multi-position automatic machines, usually contains three separate stages.

На первой стадии или стадии настройки (или предварительной настройки) оператор (например токарь, обрабатывающий прутки) определяет и проверяет на обрабатывающем модуле план обработки, то есть последовательность операций и движений шпинделя, необходимых для получения требуемой обработанной детали. Оператор стремится, например, получить по возможности самый эффективный план обработки, то есть план, который позволяет выполнить механообработку данной детали за минимум операций, и избежать столкновений обрабатывающих инструментов друг с другом и их столкновений с деталью. Оператор выбирает инструменты, которые должны быть использованы, и проверяет качество получаемых деталей, например, состояние поверхностей, соответствие допускам и т.п.In the first stage, or setup (or presetting) stage, the operator (for example, a bar turner) determines and checks on the machining module the machining plan, that is, the sequence of operations and spindle movements necessary to obtain the required machined part. The operator seeks, for example, to obtain the most efficient machining plan possible, that is, a plan that allows the machining of a given part in a minimum of operations, and to avoid collisions of the machining tools with each other and their collisions with the part. The operator selects the tools to be used and checks the quality of the resulting parts, such as the condition of the surfaces, compliance with tolerances, etc.

На второй стадии или стадии изготовления производят серию деталей на обрабатывающем модуле, который был предварительно настроен по параметрам, которые были определены во время настройки. Данная стадия является единственной производственной стадией; часто ее выполнение во времени идет в режиме 24/7, при этом в обрабатывающий модуль подают исходный материал посредством питателя или посредством загрузчика коротких заготовок (незавершенных деталей).In the second stage, or manufacturing stage, a series of parts are produced on a processing module that has been pre-configured to the parameters that were determined during setup. This stage is the only production stage; often, its execution in time goes on 24/7, while the processing module is supplied with raw material through a feeder or through a short billets (work in progress) loader.

Может случаться, что изготовление серии деталей прерывается, например, для замены изношенных обрабатывающих инструментов, для изготовления иного типа деталей на том же самом обрабатывающем модуле, для обслуживания станка и т.п., а впоследствии изготовление возобновляется. В ситуации такого рода может быть необходима стадия запуска, чтобы применить параметры, которые были определены ранее во время настройки. Стадия запуска осуществляется быстрее, чем настройка.It may happen that the production of a series of parts is interrupted, for example, to replace worn-out machining tools, to manufacture a different type of part on the same machining module, to service a machine tool, etc., and subsequently resume production. In this kind of situation, a startup phase may be necessary to apply the settings that were defined earlier during setup. The startup phase is faster than the setup.

На стадии запуска часто бывает необходимо заменять установленные на станке обрабатывающие инструменты другим набором инструментов, подходящим для механообработки, которая должна осуществляться. Точность положения и уровень износа указанных инструментов определяют качество станочной обработки, но эти параметры трудно воспроизводить в ходе последовательных запусков.During the start-up phase, it is often necessary to replace the machining tools installed on the machine with another set of tools suitable for the machining to be carried out. The position accuracy and level of wear of these tools determine the quality of the machining, but these parameters are difficult to reproduce during successive starts.

Кроме того, на стадии изготовления, когда производится обработка новых деталей, и частности, в случае длительных производственных периодов не исключено, что может происходить медленное изменение (дрейф) взаимного положения держателя инструмента и держателя детали - изменение, вызванное, в частности, тепловым расширением узлов станка. Более того, информация об износе концевого участка используемого для механообработки инструмента, который определяет зону резания и содержит одну или более режущих кромок, является решающей для поддержания качества станочной обработки. Развитие этого износа, которое в общем называют скоростью износа, но которое в действительности охватывает различные процессы, иногда присутствующие в сочетании, часто никак не контролируют, а если и контролируют, то при помощи вспомогательной установки, что требует дополнительного времени для такого контроля, а также для снятия/обратной установки инструмента в обрабатывающий модуль.In addition, at the manufacturing stage, when new parts are machined, and in particular in the case of long production periods, it is possible that a slow change (drift) in the relative position of the tool holder and the workpiece holder may occur - a change caused, in particular, by thermal expansion of the components machine. Moreover, information about the wear of the end portion of the tool used for machining, which defines the cutting zone and contains one or more cutting edges, is critical to maintaining the quality of the machining. The development of this wear, which is generally called the wear rate, but which in reality covers various processes, sometimes present in combination, is often not controlled in any way, and if controlled, then with the help of an auxiliary installation, which requires additional time for such control, as well as for removing/reinstalling the tool in the machining module.

Как следствие, в процессе станочной обработки, не только использование изношенного инструмента, непригодного для требуемой механообработки детали, и даже поломка режущего инструмента, но и контроль износа в специализированной системе отдельной от станочного модуля приводят к эффектам, которые негативно сказываются на производительности и рентабельности производственных систем.As a result, in the machining process, not only the use of worn tools that are unsuitable for the required machining of the part, and even breakage of the cutting tool, but also wear control in a specialized system separate from the machine module lead to effects that negatively affect the productivity and profitability of production systems. .

Важно иметь возможность сохранять параметры механообработки, обеспечивающие строгое выполнение технических требований для обрабатываемой детали, оптимизируя процент производственного времени обрабатывающего инструмента, и также оптимизируя время использования каждого инструмента. На практике, в инструкции, которые управляют обрабатывающим инструментом, поправки не вносят, или вносят в исключительных случаях, в то время как на протяжении времени использования концевой участок инструмента подвержен прогрессирующему изменению профиля, при котором изменяется геометрия и положение режущих кромок.It is important to be able to save machining parameters that meet the exact specifications of the workpiece, optimizing the percentage of production time of the machining tool, and also optimizing the time of use of each tool. In practice, the instructions that control the machining tool are not amended, or are made in exceptional cases, while during the time of use the tip of the tool is subject to a progressive change in profile, which changes the geometry and position of the cutting edges.

Существует множество вариантов эволюции профиля износа обрабатывающего инструмента во время его использования; к примеру, можно упомянуть износ рельефа (полосу износа на передней поверхности), износ в виде зазубрин, в виде лунок, износ в виде пластической деформации (углубления или выпячивания), формирование нароста на кромке, износ в виде сколов вне зоны резания, сколы режущей кромки, износ в виде термического растрескивания, разрушения режущей кромки и т.п.There are many options for the evolution of the wear profile of a machining tool during its use; for example, we can mention relief wear (a wear strip on the front surface), wear in the form of notches, in the form of dimples, wear in the form of plastic deformation (deepening or protrusion), formation of build-up on the edge, wear in the form of chips outside the cutting zone, chipping of the cutting edges, wear in the form of thermal cracking, cutting edge failure, etc.

Было бы полезным оценивать износ обрабатывающего инструмента не только по потере материала в зоне резания инструмента, но также путем контроля эволюции формы профиля, чтобы предвидеть тип ожидаемого износа, и, следовательно, корректировать один или более различных параметров механообработки и/или позиционирования в станочной системе в зависимости от типа предстоящего износа. Например, в случае износа в виде зазубрин можно выбрать изменение глубины резания, в то время как в случае пластической деформации можно принять решение увеличить интенсивность орошения инструмента охлаждающей жидкостью.It would be useful to evaluate the wear of a machining tool not only by the loss of material in the cutting zone of the tool, but also by monitoring the evolution of the profile shape in order to anticipate the type of wear expected, and therefore correct one or more of the various machining and/or positioning parameters in the machine tool system in depending on the type of future wear. For example, in the case of serrated wear, you can choose to change the depth of cut, while in the case of plastic deformation, you can decide to increase the intensity of spraying the tool with coolant.

Согласно некоторым эмпирическим решениям, рекомендуется производить замену инструмента после обработки заданного числа деталей. Такие решения не только не оптимизируют экономическую эффективность технологического инструмента, прежде всего в случае специального инструмента, который дорого стоит или его трудно доставать, но более того они не страхуют от преждевременной поломки инструмента, или от пагубного влияния его износа на качество изготовляемых деталей.According to some empirical solutions, it is recommended to change the tool after processing a given number of parts. Such solutions not only do not optimize the economic efficiency of the technological tool, especially in the case of special tools that are expensive or difficult to obtain, but moreover, they do not insure against premature tool breakage, or against the detrimental effect of its wear on the quality of the manufactured parts.

Существуют системы для оценивания или измерения износа режущего инструмента посредством чувствительных органов (контактных) или бесконтактных (визуальных, лазерных или датчиков электрического поля), чтобы подтверждать целостность или приемлемость использования режущего инструмента (например, для фрезерования или сверления). Такие проверки осуществляют вне процесса механообработки и обрабатывающего модуля, что приводит к появлению периода простоя, когда изготовление изделий прекращается, что несовместимо с требованиями длительных производственных периодов. Методы такого рода описаны в патентных документах US 2006021208, СА 2071764 А1, US 2014233839 и FR 2952196.There are systems for evaluating or measuring wear of a cutting tool by means of sensors (contact) or non-contact (visual, laser or electric field sensors) to confirm the integrity or acceptability of the use of a cutting tool (for example, for milling or drilling). Such checks are carried out outside the machining process and the processing module, which results in a period of downtime when the production of products is stopped, which is incompatible with the requirements of long production periods. Methods of this kind are described in US 2006021208, CA 2071764 A1, US 2014233839 and FR 2952196.

Дополнительно могут быть упомянуты системы контроля для распознавания поломки инструмента, основанные на измерении посредством датчиков сигналов, передаваемых станочной системой, в частности, результатов акустических измерений или измерений усилий (сил, крутящих моментов, эффективной мощности и т.п.) в механических узлах, таких как рычаги кулачков или шпиндели станка. Путем сравнения обнаруженного сигнала (вибрации, шума, давления, …) с эталонным сигналом, ранее сохраненным в системе контроля во время нормального цикла механообработки, можно включать предупреждающий сигнал, если записываемый сигнал слишком сильно отклоняется от эталонного сигнала.Additionally, there may be mentioned monitoring systems for tool breakage recognition based on the measurement by means of sensors of the signals transmitted by the machine system, in particular the results of acoustic measurements or measurements of forces (forces, torques, effective power, etc.) in mechanical assemblies, such as like cam levers or machine spindles. By comparing the detected signal (vibration, noise, pressure, …) with a reference signal previously stored in the control system during a normal machining cycle, an alarm can be triggered if the recorded signal deviates too much from the reference signal.

В патентном документе US 2018111240 раскрыто решение, в котором в бесконтактном измерительном устройстве используется световой барьер, проходящий между излучателем и приемником света для обнаружения положения вращающегося обрабатывающего инструмента. Из-за близкого взаимного расположения активной части инструмента, а также элементов излучателя и фотоприемника данная технология требует защитных средств, в частности, так, чтобы не происходило повреждения элементов излучателя света и фотоприемника маслом и стружкой, которые присутствуют вблизи инструмента. Кроме того, данная система позволяет знать, произошло касание светового барьера инструментом или нет, но не дает информации о точном положении или о профиле концевого участка инструмента.US 2018111240 discloses a solution in which a non-contact measuring device uses a light barrier extending between a light emitter and a light receiver to detect the position of a rotating processing tool. Due to the close relative position of the active part of the tool, as well as the emitter and photodetector elements, this technology requires protective means, in particular so that the light emitter and photodetector elements are not damaged by oil and chips that are present near the tool. In addition, this system allows you to know whether the tool has touched the light barrier or not, but does not provide information about the exact position or profile of the end section of the tool.

В патентном документе FR 2645782 описана система для контроля поломок инструмента в обрабатывающем центре, оснащенном станочной системой с ЧПУ. Две видеокамеры формируют изображения инструмента до и после механообработки, а сравнение изображений позволяет обнаружить аномалию инструмента. В документе ЕР 3021183 предложено устройство, интегрированное в станочную систему, для мониторинга и коррекции положения режущей кромки инструмента, установленного в держатель, посредством видеокамеры. Однако, указанным устройствам необходимо обращаться к дополнительной системе отсчета в станочной системе, а именно к системе отсчета, характеризующей видеокамеру, которая позволяет определять положение видеокамеры в станочной системе, а оттуда - относительное положение каждого из узлов станочной системы. Устройство такого рода потенциально порождает дополнительные погрешности, касающиеся положения инструмента, в частности, относительно обрабатываемой детали.Patent document FR 2645782 describes a system for monitoring tool breakages in a machining center equipped with a CNC machining system. Two video cameras form images of the tool before and after machining, and image comparison allows you to detect tool anomalies. Document EP 3021183 proposes a device integrated into a machine tool system for monitoring and correcting the position of the cutting edge of a tool placed in a tool holder by means of a video camera. However, these devices need to refer to an additional reference system in the machine system, namely, to the reference system characterizing the video camera, which allows you to determine the position of the video camera in the machine system, and from there - the relative position of each of the nodes of the machine system. A device of this kind potentially generates additional errors regarding the position of the tool, in particular with respect to the workpiece.

В патентном документе ЕР 0377374 предложена система для определения положения обрабатывающего инструмента относительно станочной системы. Используется камера, которая сравнивает два перпендикулярных изображения шаблона, положение которого известно, с соответствующими последовательно получаемыми изображениями системы инструмента.EP 0377374 proposes a system for determining the position of a machining tool relative to a machine tool. A camera is used that compares two perpendicular images of a template whose position is known with the corresponding successive images of the instrument system.

В патентном документе ЕР 2426555 раскрыт аппарат для обнаружения перемещения режущего инструмента относительно обрабатываемой заготовки. Аппарат содержит видеокамеру, которая неподвижно установлена в части станочной системы, которая также содержит обрабатываемую заготовку, установленную в патроне, и держатель инструмента.EP 2426555 discloses an apparatus for detecting the movement of a cutting tool relative to a workpiece. The device contains a video camera, which is fixedly installed in the part of the machine system, which also contains the workpiece to be processed, installed in the chuck, and the tool holder.

Также можно обратиться к патентному документу JPH 07246547, в котором использована система обнаружения для определения координат инструмента, которая состоит из отражателя, установленного на валу крепления режущего инструмента, и измерительного устройства, содержащего лазерные интерферометры для определения координат инструмента.You can also refer to the patent document JPH 07246547, which uses a detection system to determine the coordinates of the tool, which consists of a reflector mounted on the shaft of the holder of the cutting tool, and a measuring device containing laser interferometers to determine the coordinates of the tool.

Из вышеизложенного вытекает, что существует потребность в усовершенствованном (более регулярном, быстром и/или более точном) определении профиля концевого участка (активного обрабатывающего участка) инструмента, который используется при механообработке путем удаления материала.From the foregoing, it follows that there is a need for an improved (more regular, faster and/or more accurate) definition of the profile of the end section (active machining area) of the tool, which is used in machining by removing material.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Одна задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить обрабатывающий модуль, способный определять профиль концевого участка инструмента, установленного в держатель инструмента обрабатывающего модуля.One object of the present invention is to provide a processing module capable of determining the profile of the end portion of a tool mounted in a tool holder of the processing module.

Другая задача изобретения заключается в возможности быстрого определения положения или профиля, или, и положения и профиля концевого участка инструмента, установленного в держатель. Поэтому цель состоит в том, чтобы предложить решение, позволяющее определять профиль (положение) концевого участка инструмента, не извлекая инструмент из держателя инструмента, чтобы не только не тратить напрасно время, но прежде всего не менять привязку положения инструмента в держателе, и привязку держателя инструмента в станочной системе.Another object of the invention is to be able to quickly determine the position or profile, or both the position and profile of the end section of the tool installed in the holder. Therefore, the aim is to propose a solution that makes it possible to determine the profile (position) of the end section of the tool without removing the tool from the tool holder, so as not only not to waste time, but above all not to change the position of the tool in the holder, and the tool holder in the machine system.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить обрабатывающий модуль свободный от ограничений известных обрабатывающих модулей.Yet another object of the present invention is to provide a processing module free from the limitations of known processing modules.

Согласно изобретению, вышеуказанные задачи решаются, в частности, посредством обрабатывающего модуля станочной системы для механообработки, содержащего:According to the invention, the above tasks are solved, in particular, by means of a processing module of a machine tool system for machining, comprising:

- держатель детали, предназначенный для приема детали, подлежащей механообработке,- a workpiece holder designed to receive a workpiece to be machined,

- управляющее устройство держателя детали, выполненное с возможностью управления и изменения положения держателя детали в обрабатывающем модуле,- a workpiece holder control device configured to control and change the position of the workpiece holder in the processing module,

- держатель, предназначенный для приема инструмента, содержащего концевой участок, используемый для механообработки детали, установленной в держатель детали,- a holder designed to receive a tool containing an end section used for machining a part installed in the part holder,

- управляющее устройство держателя инструмента, выполненное с возможностью управления и изменения положения держателя инструмента в обрабатывающем модуле,- a tool holder control device configured to control and change the position of the tool holder in the processing module,

- измерительное устройство для определения профиля инструмента, установленного в держатель инструмента, содержащее оптическую систему для определения профиля концевого участка инструмента, установленного в держатель, при этом оптическая система установлена на держателе детали.- a measuring device for determining the profile of a tool installed in the tool holder, containing an optical system for determining the profile of the end section of the tool installed in the holder, while the optical system is installed on the workpiece holder.

У данного решения есть, в частности, преимущество по сравнению с известным уровнем техники, заключающееся в том, что средства для обнаружения и измерения концевого участка инструмента находятся in situ в обрабатывающем модуле, следовательно, в станочной системе. Одно из преимуществ такого построения основано на том факте, что измерение и получение изображения концевого участка инструмента производится локально, там, где выполняются операции механообработки, при этом конечный результат измерения или изображения фактически соответствует мгновенной реальной форме/геометрии/положению концевого участка инструмента без артефактов. Соответственно, если инструмент испытывает деформацию, вызванную местной температурой обрабатывающего модуля, то данное термическое изменение учитывается, а вот если обратиться к измерительному модулю отдельно от станочной системы, то инструмент будет остывать и результат измерения будет содержать артефакт, вызванный изменением температуры. Другие преимущества основаны на том факте, что поскольку оптическая система прикреплена к держателю детали, пространственная привязка держателя детали к держателю инструмента в целом служит в качестве привязки оптической системы к инструменту, как его «видит» оптическая система: это препятствует возникновению артефакта измерения, вызванного изменением системы отсчета, которое происходит, если инструмент/держатель инструмента установлен в измерительный модуль отдельно от станочной системы.This solution has, in particular, the advantage over the prior art in that the means for detecting and measuring the end of the tool are located in situ in the processing module, and therefore in the machine system. One of the advantages of this design is based on the fact that the measurement and imaging of the tool end is performed locally, where machining operations are performed, while the final result of the measurement or image actually corresponds to the instantaneous real shape/geometry/position of the tool end without artifacts. Accordingly, if the tool experiences deformation caused by the local temperature of the processing module, then this thermal change is taken into account, but if you turn to the measuring module separately from the machine system, the tool will cool down and the measurement result will contain an artifact caused by temperature change. Other advantages are based on the fact that since the optical system is attached to the workpiece holder, the spatial reference of the workpiece holder to the tool holder as a whole serves as the reference of the optical system to the tool as it is "seen" by the optical system: this prevents the measurement artifact caused by the change reference system, which occurs if the tool/tool holder is installed in a measuring module separate from the machine system.

Фактически, указанное измерительное устройство образует блок для измерения профиля и, следовательно, износа инструмента, который интегрирован в обрабатывающий модуль. Такое построение позволяет осуществлять контроль износа инструмента in situ, то есть в самом обрабатывающем модуле, и, следовательно, не вынимая инструмент из держателя инструмента, и без контакта с инструментом. С этой целью указанное измерительное устройство размещено в обрабатывающем модуле, в частности, вблизи держателя инструмента. Кроме того, понятно, что размещение оптической системы, предназначенной для наблюдения за концевым участком инструмента, установленного в держателе инструмента, непосредственно на держателе детали, т.е. элементе держателя детали, улучшает показатели, в частности, в отношении времени обработки (оптическая система уже расположена так, чтобы определять концевой участок инструмента), и в отношении точности (положение оптической системы на держателе детали точно известно и является неизменным), поскольку никакая погрешность, связанная с определением относительного расположения оптической системы и держателя детали, не добавляется к определению относительного расположения оптической системы и концевого участка инструмента.In fact, said measuring device forms a unit for measuring the profile and therefore the wear of the tool, which is integrated into the machining module. Such an arrangement allows tool wear to be monitored in situ, ie in the machining module itself, and therefore without removing the tool from the tool holder and without contact with the tool. To this end, said measuring device is placed in the processing module, in particular in the vicinity of the tool holder. In addition, it is clear that the placement of an optical system designed to observe the end portion of the tool installed in the tool holder directly on the workpiece holder, i.e. element of the workpiece holder, improves performance in particular in terms of processing time (the optical system is already positioned to define the tool tip) and in terms of accuracy (the position of the optical system on the workpiece holder is exactly known and unchanged), since no error, related to determining the relative position of the optical system and the workpiece holder, is not added to the determination of the relative position of the optical system and the end of the tool.

В настоящем тексте выражение «держатель детали» следует понимать как «модуль станочной системы, содержащий элементы, обеспечивающие размещение (установку), удержание (в частности, зажатие) и съем детали, подлежащей механообработке, а также перемещение указанной детали в пространстве обрабатывающего модуля станочной системы». Данный держатель детали в общем также называют «шпинделем материала». Также, в настоящем тексте выражение «держатель инструмента» следует понимать как «модуль станочной системы, содержащий элементы, обеспечивающие размещение (установку), удержание (в частности, зажатие) и съем одного или более обрабатывающих инструментов, а также перемещение указанного инструмента(-тов) в пространстве обрабатывающего модуля станочной системы».In this text, the expression "part holder" should be understood as "a module of the machine tool system containing elements that provide placement (installation), retention (in particular, clamping) and removal of the part to be machined, as well as movement of the specified part in the space of the processing module of the machine tool system ". This workpiece holder is also generically referred to as a "material spindle". Also, in this text, the expression "tool holder" should be understood as "a module of the machine tool system containing elements that provide placement (installation), retention (in particular, clamping) and removal of one or more machining tools, as well as movement of the specified tool(s). ) in the space of the processing module of the machine tool system”.

Таким образом, отпадает необходимость основывать решение о замене режущего инструмента и/или об изменении параметров резания только на математических моделях, представляющих закон, который управляет износом режущего инструмента, и возможно на экспериментальных кривых, которые не всегда доступны, или по меньшей мере существуют для определенного диапазона параметров. Благодаря изобретению будет возможно расширить исследованный диапазон, и, следовательно, библиотеку экспериментальных кривых путем встраивания, например, в базу данных результатов измерения профиля, полученных при помощи обрабатывающего модуля в соответствии с настоящим изобретением.Thus, there is no need to base the decision to change the cutting tool and/or to change the cutting parameters only on mathematical models representing the law that governs the wear of the cutting tool, and possibly on experimental curves that are not always available, or at least exist for a certain parameter range. Thanks to the invention, it will be possible to expand the investigated range, and therefore the library of experimental curves, by embedding, for example, in a database of profile measurement results obtained with the processing module in accordance with the present invention.

Поэтому оказывается возможным оптимизировать время использования конкретно по каждому инструменту, даже рядам подобных инструментов. Например, можно будет сократить время использования инструмента, если параметры развития его износа превышают установленный предел, в частности, потому что развитие износа инструмента в действительности является менее благоприятным, чем согласно теоретической модели износа, или продлить срок использования инструмента, если параметры развития его износа не превышают установленный предел, ибо износ инструмента в действительности менее опасен, чем согласно теоретической модели износа.Therefore, it is possible to optimize the usage time specifically for each tool, even for rows of similar tools. For example, it will be possible to shorten the tool life if its wear development parameters exceed a set limit, in particular because the tool wear development is actually less favorable than according to the theoretical wear model, or to extend the tool life if its wear development parameters are not exceed the established limit, because tool wear is actually less dangerous than according to the theoretical wear model.

Согласно одному варианту осуществления, оптическая система является частью измерительного оптического устройства, выполненного с возможностью за одну операцию формирования изображения оптической системой определять по трем координатам взаимное расположение держателя обрабатываемой детали и держателя инструмента. В частности, оптическая система формирует изображение держателя инструмента, например, определенной зоны держателя инструмента, и также, в соответствии с одной возможностью, оптическая система формирует изображение мишени, установленной на держателе инструмента, и образующей базовый элемент для отсчета положений.According to one embodiment, the optical system is part of a measuring optical device, configured to determine, in one operation of imaging by the optical system, the relative position of the workpiece holder and the tool holder in three coordinates. In particular, the optical system forms an image of the tool holder, for example, a certain area of the tool holder, and also, according to one possibility, the optical system forms an image of a target mounted on the tool holder and forming a base element for reading positions.

Настоящее изобретение также относится к станочной системе, содержащей обрабатывающий модуль, о котором шла речь в данном тексте, при этом станочная система дополнительно содержит устройство для контроля износа инструмента, которое может вычислять отклонение профиля инструмента на основе данных, получаемых указанным устройством. Устройство использует обрабатывающий модуль для анализа состояния инструмента, и, в частности, его износа.The present invention also relates to a machine tool system comprising a processing module as discussed herein, the machine tool system further comprising a tool wear monitoring device that can calculate tool profile deviation based on data received by said device. The device uses a processing module to analyze the condition of the tool, and in particular its wear.

Поэтому понятно, что, опираясь на измерительное устройство и на полученные данные состояния инструмента, выполняющего механообработку, можно анализировать состояние инструмента, степень его износа и/или тенденцию изменения формы, в частности, там, где это касается зоны резания.Therefore, it is clear that, based on the measuring device and on the obtained data on the condition of the tool performing machining, it is possible to analyze the condition of the tool, the degree of wear and/or the trend of changing shape, in particular where it concerns the cutting zone.

Изобретение также относится к:The invention also relates to:

- способу определения положения инструмента,- the method of determining the position of the tool,

- способу определения профиля инструмента, и,- the method of determining the profile of the tool, and,

- способу определения износа инструмента в станочной системе, при этом инструмент установлен в держатель инструмента в обрабатывающем модуле, содержащем держатель детали и держатель инструмента.a method for detecting tool wear in a machine tool system, wherein the tool is mounted in a tool holder in a processing module comprising a workpiece holder and a tool holder.

Указанные способы будут рассмотрены и описаны дополнительно в разделе подробного описания изобретения.These methods will be discussed and described further in the detailed description of the invention.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Варианты осуществления настоящего изобретения рассмотрены в описании, иллюстрированном прилагаемыми чертежами, среди которых:Embodiments of the present invention are discussed in the description, illustrated by the accompanying drawings, among which:

фиг. 1 в аксонометрии изображает обрабатывающий модуль, соответствующий одному варианту осуществления изобретения;fig. 1 is a perspective view of a processing module according to one embodiment of the invention;

фиг. 2 в аксонометрии и увеличенном виде изображает фрагмент II из фиг. 1, где показан другой инструмент, установленный в держатель инструмента;fig. 2 is a perspective and enlarged view of fragment II from FIG. 1 showing another tool mounted in a tool holder;

фиг. 3 в аксонометрии и увеличенном виде изображает видимый на фрагменте III фиг. 2 концевой участок инструмента, который был использован для механообработки детали, и который изображен в поврежденном виде после износа;fig. 3 shows a perspective view and an enlarged view, which is visible in detail III of FIG. 2 the end portion of a tool which has been used to machine the part and which is shown as being damaged after wear;

фиг. 4 изображает использование оптической системы обрабатывающего модуля для определения положения и/или профиля инструмента, установленного в держателе инструмента;fig. 4 shows the use of the processing module's optical system to determine the position and/or profile of a tool mounted in a tool holder;

фиг. 5 в аксонометрии и разобранном виде изображает держатель инструмента, оснащенный трехкоординатной мишенью;fig. 5 is a perspective and exploded view of a tool holder equipped with a three-dimensional target;

фиг. 6 изображает использование оптической системы обрабатывающего модуля для измерения в пространстве положения держателя инструмента относительно держателя детали (который также называют шпинделем материала);fig. 6 depicts the use of the optical system of the processing module to measure in space the position of the tool holder relative to the workpiece holder (which is also called the material spindle);

фиг. 7 представляет другую аксонометрическую проекцию, соответствующую фиг. 6;fig. 7 is another axonometric view corresponding to FIG. 6;

фиг. 8 изображает оптическое устройство между держателем инструмента и держателем детали на этапе настройки по трем осям посредством трехкоординатной мишени;fig. 8 shows the optical arrangement between the tool holder and the workpiece holder in a three-axis adjustment step by means of a three-dimensional target;

фиг. 9 изображает часть фиг. 6, соответствующую держателю инструмента с трехкоординатной мишенью (при наблюдении в направлении IX фиг. 6, т.е. в направлении Z) так, как оптическая система «видит» мишень, когда последняя ориентирована в направлении оптической системы;fig. 9 shows a part of FIG. 6 corresponding to a tool holder with a three-coordinate target (when viewed in the IX direction of FIG. 6, i.e. in the Z direction) as the optical system "sees" the target when the latter is oriented in the direction of the optical system;

фиг. 10, 11 и 12 представляют три проекции, иллюстрирующие конструкцию трехкоординатной мишени, соответствующей изобретению, соответственно, фронтальную проекцию, аксонометрическую проекцию и вид в разрезе; а фиг. 13 и 14 в аксонометрии изображают вторую структуру мишени, соответствующей фиг. 10, 11 и 12 согласно варианту осуществления;fig. 10, 11 and 12 are three views illustrating the construction of a three-coordinate target according to the invention, respectively, frontal view, axonometric view and sectional view; and fig. 13 and 14 show a perspective view of a second target structure corresponding to FIG. 10, 11 and 12 according to the embodiment;

фиг. 15А и 15В иллюстрируют обработку изображения, сформированного второй съемочной системой оптической системы;fig. 15A and 15B illustrate the processing of an image formed by the second pickup system of the optical system;

фиг. 16 представляет другую аксонометрическую проекцию, соответствующую фиг. 4, и демонстрирующую использование оптического устройства обрабатывающего модуля для определения профиля концевого участка инструмента;fig. 16 is another axonometric view corresponding to FIG. 4, and showing the use of the optical device of the processing module to determine the profile of the end portion of the tool;

фиг. 17 в аксонометрии изображает часть обрабатывающего модуля в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;fig. 17 is a perspective view of part of a processing module in accordance with another embodiment of the invention;

фиг. 18 в аксонометрии изображает вариант держателя инструмента, несущего на себе ряд инструментов, расположенных по вертикали, причем каждый инструмент ориентирован вдоль горизонтальной оси, вокруг которой после установки инструмент может вращаться; иfig. 18 is a perspective view of an embodiment of a tool holder carrying a series of tools arranged vertically, with each tool oriented along a horizontal axis about which, once mounted, the tool can be rotated; and

фиг. 19 в аксонометрии изображает обрабатывающий модуль, соответствующий еще одному варианту осуществления изобретения.fig. 19 is a perspective view of a processing module according to another embodiment of the invention.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Согласно фиг. 1, обрабатывающий модуль 300 содержит держатель 320 детали и держатель 310 инструмента. Держатель 320 детали может быть выполнен с возможностью его съемного крепления на обрабатывающем модуле 300, в частности посредством съемных средств крепления. Как видно на фиг. 1, в держателе 320 детали съемным образом установлена подлежащая обработке деталь 322 (в данном случае показан необработанный пруток или незавершенная деталь). Держатель 320 детали включает в себя так называемый вращающий вал материала (material spindle), содержащий цангу, патрон, вращающую втулку, или платформу (pallet) или держатель платформы (palletholder). Главное направление держателя 320 детали соответствует направлению Z. Держатель 310 инструмента может быть выполнен с возможностью его съемного крепления на обрабатывающем модуле 300, в частности посредством съемных средств крепления. Как видно на фиг. 1, в держателе 310 инструмента съемным образом установлен инструмент 312 (упрощенно показан метчик или фреза). Держатель 310 инструмента содержит, например, шпиндель, каретку или зажим или снова винторезную плашку. Главное направление держателя 310 инструмента соответствует направлению X. В обрабатывающем модуле 300 вертикальное направление соответствует направлению Y, при этом три направления Z, Y и Z образуют систему ортогональных осей.According to FIG. 1, the processing module 300 includes a workpiece holder 320 and a tool holder 310. The workpiece holder 320 may be removably attached to the processing module 300, in particular by releasable attachment means. As seen in FIG. 1, a part to be machined 322 is removably mounted in a workpiece holder 320 (in this case, an unfinished bar or workpiece is shown). Part holder 320 includes a so-called material spindle containing a collet, chuck, rotating sleeve, or platform (pallet) or platform holder (palletholder). The main direction of the workpiece holder 320 corresponds to the Z direction. The tool holder 310 can be removably attached to the processing module 300, in particular by releasable attachment means. As seen in FIG. 1, a tool 312 (a tap or cutter is shown in a simplified manner) is removably mounted in the tool holder 310 . The tool holder 310 contains, for example, a spindle, a carriage or clamp, or again a screw-cutting die. The main direction of the tool holder 310 corresponds to the X direction. In the processing unit 300, the vertical direction corresponds to the Y direction, with the three directions Z, Y, and Z forming an orthogonal axis system.

Управляющее устройство 302 держателя инструмента может управлять положением и изменять положение держателя 310 инструмента в обрабатывающем модуле 300. В области механического изготовления изделий и в настоящем тексте термин «управляющее» означает все аппаратные и программные элементы, функция которых заключается в выдаче инструкций движения всем элементам станочной системы. Обрабатывающий модуль 300 также содержит управляющее устройство (не показано) держателя 320 детали.The tool holder controller 302 can control the position and change the position of the tool holder 310 in the processing module 300. In the field of mechanical manufacturing and in this text, the term "control" means all hardware and software elements whose function is to issue movement instructions to all elements of the machine tool system . The processing module 300 also includes a control device (not shown) of the workpiece holder 320.

Обрабатывающий модуль 300 дополнительно содержит измерительное устройство 304, позволяющее определять положение, а также профиль обрабатывающего инструмента 312, установленного в держателе 310 инструмента. С этой целью указанное измерительное устройство 304 содержит оптическую систему 100 для определения профиля концевого участка 313 обрабатывающего инструмента 312, установленного в держателе 310 инструмента (см. фиг. 4, 6 и 8). На фиг. 1 показана оптическая ось О оптической системы 100, проходящая от входного зрачка 102 оптической системы. На фиг. 1 оптическая ось О расположена параллельно направлению Z или главному направлению держателя 330 детали. Как показано на фиг. 1, оптическая ось О предпочтительно также ортогональна направлению оси X держателя 310 инструмента. Согласно изобретению, как представлено на фиг. 1, на держателе 320 детали установлена оптическая система 100, по меньшей мере все элементы сенсорного устройства оптической системы 100, и осветительные элементы, которые могут быть отсоединены от сенсорного устройства оптической системы 100, и, следовательно размещены в другом месте обрабатывающего модуля 300.The processing module 300 further includes a measuring device 304 to determine the position as well as the profile of the processing tool 312 mounted in the tool holder 310. To this end, the specified measuring device 304 contains an optical system 100 for determining the profile of the end section 313 of the processing tool 312, installed in the tool holder 310 (see Fig. 4, 6 and 8). In FIG. 1 shows the optical axis O of the optical system 100 extending from the entrance pupil 102 of the optical system. In FIG. 1, the optical axis O is parallel to the Z direction or the main direction of the workpiece holder 330 . As shown in FIG. 1, the optical axis O is preferably also orthogonal to the direction of the X axis of the tool holder 310. According to the invention, as shown in FIG. 1, an optical system 100 is mounted on the part holder 320, at least all elements of the sensor device of the optical system 100, and lighting elements that can be detached from the sensor device of the optical system 100, and therefore placed elsewhere in the processing module 300.

Как будет разъяснено ниже, оптическая система 100 представляет собой изображающую систему, то есть оптическую систему, способную формировать изображение профиля обрабатывающего инструмента посредством съемочной системы, которая входит в состав оптической системы 100. В частности, оптическая система 100 содержит набор оптических элементов и систему получения изображений. Система получения изображений данного типа позволяет осуществлять захват фотографических и/или видео изображений, и представляет собой, например, видеокамеру или фотокамеру, в частности, цифровую фотокамеру. В контексте настоящего изобретения, рассматривается оптическая система 100, которая работает совместно с одним или более источниками света. Также понятно, что съемочная система, принадлежащая оптической системе 100, согласно изобретению, образует датчик изображения. Источник света или источники света, связанные со съемочной системой оптической системы 100, образуют генератор или генераторы электромагнитного излучения, или светового излучения, которое может быть монохроматическим или может охватывать определенный диапазон длин волн в виде комбинации серий монохроматического электромагнитного излучения (мультихромного излучения). Согласно одному варианту осуществления, упомянутый источник света или источники света не является(-ются) источником(-ками) лазерного излучения, а съемочная система оптической системы 100, согласно изобретению, образует датчик изображения, который не содержит лазерного излучателя или не связан с лазерным излучателем.As will be explained below, the optical system 100 is an imaging system, that is, an optical system capable of forming a profile image of a processing tool by means of a shooting system that is included in the optical system 100. Specifically, the optical system 100 includes a set of optical elements and an imaging system . An imaging system of this type is capable of capturing photographic and/or video images, and is, for example, a video camera or still camera, in particular a digital still camera. In the context of the present invention, an optical system 100 is considered that operates in conjunction with one or more light sources. It is also understood that the imaging system belonging to the optical system 100 according to the invention forms an image sensor. The light source or light sources associated with the imaging system of the optical system 100 form a generator or generators of electromagnetic radiation, or light radiation, which may be monochromatic or may cover a certain range of wavelengths in the form of a combination of series of monochromatic electromagnetic radiation (multichrome radiation). According to one embodiment, said light source or light sources is(are) no laser light source(s), and the imaging system of the optical system 100 according to the invention forms an image sensor that does not contain a laser emitter or is not associated with a laser emitter. .

В данном тексте термин «концевой участок инструмента» означает оконечную часть инструмента, которая включает в себя зоны, используемые для механообработки, и, следовательно, зону резания или зоны, которые включают в себя режущие кромки, образованные пересечениями активных поверхностей и кромок. Фиг. 2 в увеличенном виде изображает концевой участок 313 обрабатывающего инструмента 312. На фиг. 3 можно наблюдать пример износа концевого участка 313 инструмента (другого нежели изображенный на фиг. 2) в виде зоны 313а износа, которая разделена на переднюю поверхность (cutting face) и заднюю поверхность (relief face).In this text, the term "tool tip" means the tip of the tool, which includes the zones used for machining, and therefore the cutting zone or zones, which include the cutting edges formed by the intersections of active surfaces and edges. Fig. 2 is an enlarged view of the end portion 313 of the machining tool 312. In FIG. 3, an example of wear on the end portion 313 of the tool (other than that shown in FIG. 2) can be observed as a wear zone 313a, which is divided into a front surface (cutting face) and a back surface (relief face).

В данном тексте выражение «профиль концевого участка» означает либо двумерное (2D) представление концевого участка, либо трехмерное (3D) представление концевого участка. К примеру, указанный профиль может содержать линию, соответствующую контуру концевого участка инструмента, спроецированному на плоскость, или линию пересечения с плоскостью, в частности с плоскостью ортогональной оптической оси О оптической системы 100. Также указанный профиль может образовывать трехмерную форму концевого участка 313 инструмента (например, небольшой пластины), включая режущую кромку или кромки. Также данный профиль может соответствовать пространственной форме концевого участка 313 инструмента, представленного серией линий подобно топографическому профилю.In this text, the expression "profile of the end section" means either a two-dimensional (2D) representation of the end section, or a three-dimensional (3D) representation of the end section. For example, said profile may comprise a line corresponding to the contour of the end section of the tool projected onto a plane, or a line of intersection with a plane, in particular with a plane orthogonal to the optical axis O of the optical system 100. Also, said profile may form a three-dimensional shape of the end section 313 of the tool (for example , small insert), including the cutting edge or edges. Also, this profile may correspond to the spatial shape of the end section 313 of the tool, represented by a series of lines like a topographic profile.

Оптическая система 100 выполнена с возможностью определения профиля концевого участка 313 обрабатывающего инструмента 312, когда держатель 310 инструмента находится в измерительном рабочем положении, представленном на фиг. 4. В указанном измерительном рабочем положении держатель 310 инструмента и держатель 320 детали находятся близко друг к другу. В указанном измерительном рабочем положении оптическая ось О оптической системы 100 может пересекать концевой участок 313 инструмента 312, или сам инструмент 312, или по меньшей мере может находиться достаточно близко к инструменту 312, чтобы инструмент 312 был в поле зрения оптической системы 100. Другими словами, в данном случае в измерительном рабочем положении конец держателя 310 инструмента располагается на одной линии с выходом (или входным зрачком 102) оптической системы 100. Это означает, что путь светового луча из оптической системы 100 пересекает конец держателя 310 инструмента и/или конец или в более общем виде - концевой участок 313 инструмента 312.The optical system 100 is configured to determine the profile of the end portion 313 of the machining tool 312 when the tool holder 310 is in the measuring working position shown in FIG. 4. In the indicated measuring working position, the tool holder 310 and the workpiece holder 320 are close to each other. In said measuring operating position, the optical axis O of the optical system 100 may intersect the end portion 313 of the tool 312, or the tool 312 itself, or at least be close enough to the tool 312 that the tool 312 is within the field of view of the optical system 100. In other words, in this case, in the measuring operating position, the end of the tool holder 310 is in line with the exit (or entrance pupil 102) of the optical system 100. This means that the path of the light beam from the optical system 100 intersects the end of the tool holder 310 and/or the end or more general view - the end section 313 of the tool 312.

В некоторых случаях в измерительном рабочем положении кратчайшее расстояние между концевым участком 313 обрабатывающего инструмента 312 и осью Z держателя инструмента составляет менее 50 см, или даже менее 30 см, а иногда менее 15 см. Например, в измерительном рабочем положении кратчайшее расстояние между концевым участком 313 обрабатывающего инструмента 312 и осью Z держателя детали составляет от 5 см до 50 см включительно, иногда от 5 см до 30 см включительно или от 20 см до 30 см включительно, или от 5 см до 15 см включительно.In some cases, in the measuring working position, the shortest distance between the end portion 313 of the processing tool 312 and the Z-axis of the tool holder is less than 50 cm, or even less than 30 cm, and sometimes less than 15 cm. For example, in the measuring working position, the shortest distance between the end portion 313 processing tool 312 and the Z axis of the workpiece holder is from 5 cm to 50 cm inclusive, sometimes from 5 cm to 30 cm inclusive, or from 20 cm to 30 cm inclusive, or from 5 cm to 15 cm inclusive.

В некоторых случаях указанное измерительное рабочее положение соответствует положению для установки инструмента 312 в держатель 310 инструмента; поэтому профиль можно измерять, как только инструмент 312 оказывается установленным.In some cases, the specified measuring operating position corresponds to the position for installing the tool 312 in the tool holder 310; therefore, the profile can be measured as soon as the tool 312 is installed.

Также в измерительном рабочем положении ось X держателя 310 инструмента может иметь разную ориентацию относительно оптической оси О оптической системы 100:Also, in the measuring working position, the X-axis of the tool holder 310 may have different orientations relative to the optical axis O of the optical system 100:

- в некоторых случаях ось X держателя 310 инструмента ортогональна направлению оптической оси О оптической системы 100, как показано на фиг. 1, так что оптическая система 100 «видит» одну сторону концевого участка и вершину инструмента 312,- in some cases, the X-axis of the tool holder 310 is orthogonal to the direction of the optical axis O of the optical system 100, as shown in FIG. 1 so that the optical system 100 "sees" one side of the end portion and the tip of the tool 312,

- в некоторых случаях ось X держателя 310 инструмента совпадает с направлением или параллельна направлению оптической оси О оптической системы 100 (данная ситуация на чертежах не представлена), так что оптическая система 100 «видит» только вершину инструмента 312,- in some cases, the X-axis of the tool holder 310 coincides with the direction or is parallel to the direction of the optical axis O of the optical system 100 (this situation is not shown in the drawings), so that the optical system 100 "sees" only the tip of the tool 312,

- в иных случаях ось X держателя 310 инструмента наклонена относительно оптической оси О оптической системы 100 (данная ситуация, когда угол между осями X и О не равен нулю и не равен 90° на чертежах не представлена).- in other cases, the X-axis of the tool holder 310 is inclined relative to the optical axis O of the optical system 100 (this situation, when the angle between the X and O axes is not equal to zero and is not equal to 90°, is not shown in the drawings).

Фактически, в зависимости от станочной системы, которая содержит соответствующий изобретению обрабатывающий модуль 300, ориентацию держателя 310 инструмента и его оси X можно изменять, в частности, в случае станочной системы с пятью или шестью осями перемещения держателя 310 инструмента.In fact, depending on the machine system that contains the processing module 300 according to the invention, the orientation of the tool holder 310 and its X-axis can be changed, in particular in the case of a machine system with five or six movement axes of the tool holder 310.

На фиг. 4 представлен один вариант осуществления оптической системы 100. Оптическая система 100 содержит первую съемочную систему 110, выполненную так, что ее задняя фокальная плоскость может пересекать концевой участок 313 обрабатывающего инструмента 312 при указанном измерительном рабочем положении. Кроме того, первая съемочная система 110 содержит первую систему 112 получения изображений, которая позволяет производить захват изображения концевого участка 313 обрабатывающего инструмента 312 при указанном измерительном рабочем положении. На фиг. 1-4 также виден боковой осветитель 140, расположенный вблизи держателя 310 инструмента, и возможно установленный на держателе 310, для обеспечения бокового освещения концевого участка 313 инструмента 312 при измерительном рабочем положении.In FIG. 4 shows one embodiment of an optical system 100. The optical system 100 includes a first imaging system 110 configured such that its rear focal plane can intersect the end portion 313 of the processing tool 312 at a specified measuring operating position. In addition, the first imaging system 110 includes a first imaging system 112 that is capable of capturing an image of the end portion 313 of the processing tool 312 at a specified measuring operating position. In FIG. 1-4 also shows a side light 140 located proximate the tool holder 310, and optionally mounted on the tool holder 310, to provide side illumination of the end portion 313 of the tool 312 in the measurement working position.

Может быть предусмотрен другой тип осветителя или дополнительные осветители независимые друг от друга или дополняющие друг друга.Another type of illuminator or additional illuminators independent of each other or complementary may be provided.

Согласно одному варианту осуществления (см. фиг. 1, 7 и 16) оптическое устройство 10 дополнительно содержит передний осветитель 104, ориентированный параллельно оптической оси О оптической системы 100 в направлении держателя 310 инструмента. Данный осветитель 104 может быть расположен вблизи оптической системы 100. Осветитель 104 ориентирован в направлении инструмента 312 для обеспечения переднего освещения концевого участка 313 обрабатывающего инструмента 312 при измерительном рабочем положении. В частности, как показано на фиг. 1, 7 и 16, данный передний осветитель представляет собой кольцевой источник света, окружающий входной зрачок 102 оптической системы 100, при этом ось переднего осветителя 104 совпадает с оптической осью О оптической системы 100. Данный передний осветитель 104 обеспечивает хорошее освещение поверхности концевого участка 313 инструмента, который «видит» оптическая система 100.According to one embodiment (see FIGS. 1, 7 and 16), the optical device 10 further comprises a front illuminator 104 oriented parallel to the optical axis O of the optical system 100 in the direction of the tool holder 310. This illuminator 104 may be positioned proximate the optical system 100. The illuminator 104 is oriented in the direction of the tool 312 to provide forward illumination of the end portion 313 of the processing tool 312 at the measuring working position. In particular, as shown in FIG. 1, 7 and 16, this front illuminator is an annular light source surrounding the entrance pupil 102 of the optical system 100, with the axis of the front illuminator 104 coinciding with the optical axis O of the optical system 100. This front illuminator 104 provides good illumination of the surface of the end portion 313 of the instrument , which "sees" the optical system 100.

Согласно одному варианту осуществления (см. фиг. 1 и 16) оптическое устройство 10 дополнительно содержит задний осветитель 106, ориентированный в направлении оптической системы 100. Данный задний осветитель 106 установлен, чтобы обеспечить тыльное (контровое) по отношению к оптической системе 100 освещение концевого участка 313 инструмента 312 при измерительном рабочем положении. В частности, как показано на фиг. 1 и 16, ось данного заднего осветителя совпадает (предпочтительно расположена в одну линию) с оптической осью О оптической системы 100. При измерительном рабочем положении (см. фиг. 16) концевой участок 313 инструмента расположен между входным зрачком 102 оптической системы 100 и задним осветителем 106, так что концевой участок 313 инструмента подсвечивается сзади, что увеличивает контраст изображения зоны контура концевого участка 313, которое «видит» оптическая система 100.According to one embodiment (see FIGS. 1 and 16), the optical device 10 further comprises a back light 106 oriented in the direction of the optical system 100. This back light 106 is installed to provide rear (back) illumination of the end section with respect to the optical system 100 313 tool 312 at the measuring working position. In particular, as shown in FIG. 1 and 16, the axis of this rear illuminator coincides (preferably located in one line) with the optical axis O of the optical system 100. In the measuring working position (see Fig. 16), the end section 313 of the tool is located between the entrance pupil 102 of the optical system 100 and the rear illuminator 106 so that the tool end portion 313 is illuminated from behind, which increases the image contrast of the contour area of the end portion 313 that the optical system 100 "sees".

Оптическая система 100 также содержит вторую съемочную систему 120 со второй системой 112 получения изображений, и позволяет осуществлять захват изображения концевого участка 313 обрабатывающего инструмента 312 при измерительном рабочем положении. С этой целью оптический тракт первой съемочной системы 110 и оптический тракт второй съемочной системы 120 имеют общий участок, который направлен вперед и берет начало от объекта, наблюдаемого оптической системой 100, в данном случае от концевого участка 313 инструмента 312 (см. фиг. 4 и 16). При другом измерительном положении, которое будет рассмотрено согласно фиг. 6 и 8, общий участок берет начало от мишени 200, установленной на держателе 310 инструмента, которая образует наблюдаемый объект, который «видит» оптическая система 100. Здесь и далее термин «наблюдаемый объект» означает конкретно либо концевой участок 313 обрабатывающего инструмента 312, либо мишень 200. При измерительном рабочем положении первая съемочная система 110 обращена в направлении наблюдаемого объекта и образует съемочную систему, центрированную с наблюдаемым объектом, а второй съемочной системе 120 соответствует оптический тракт 126, который встречается с оптическим трактом 116 первой съемочной системы 110 (которая центрирована с наблюдаемым объектом) и образует съемочную систему, которая смещена относительно наблюдаемого объекта, относительно оптической оси О оптической системы 100, и относительно общего участка оптических трактов 116 и 126, который центрирован с наблюдаемым объектом. Оптическая ось О совмещена со срединным лучом общего участка первого оптического тракта 116 и второго оптического тракта 126. На данном общем участке сегменты первого оптического тракта 116 и второго оптического тракта 126 взаимно параллельны, но не обязательно совпадают друг с другом.The optical system 100 also includes a second imaging system 120 with a second imaging system 112, and allows capturing an image of the end portion 313 of the processing tool 312 at the measuring working position. To this end, the optical path of the first imaging system 110 and the optical path of the second imaging system 120 have a common section that is directed forward and originates from the object observed by the optical system 100, in this case from the end section 313 of the tool 312 (see Fig. 4 and 16). At a different measurement position, which will be discussed with reference to FIG. 6 and 8, the common area originates from the target 200 mounted on the tool holder 310, which forms the observed object that the optical system 100 "sees". Hereinafter, the term "observed object" means specifically either the end section 313 of the processing tool 312, or target 200. At the measuring operating position, the first imaging system 110 is facing in the direction of the observed object and forms a survey system centered with the observed object, and the second imaging system 120 corresponds to an optical path 126 that meets the optical path 116 of the first imaging system 110 (which is centered with observed object) and forms a survey system that is offset relative to the observed object, relative to the optical axis O of the optical system 100, and relative to the common area of the optical paths 116 and 126, which is centered with the observed object. The optical axis O is aligned with the median beam of the common section of the first optical path 116 and the second optical path 126. In this common section, the segments of the first optical path 116 and the second optical path 126 are mutually parallel, but do not necessarily coincide with each other.

На общем участке оптических трактов 116 и 126 оптические лучи по меньшей мере частично сливаются друг с другом, или же просто параллельны друг другу. У второй съемочной системы 120, которая является смещенной, имеется участок оптического тракта 126 (внутри второй съемочной системы 120), который в предпочтительном случае параллелен оптической оси О. Данный внутренний участок оптического тракта 126 связан, или, точнее, встречается с оптическим трактом 116 первой съемочной системы 110; при этом его центрирование осуществляется специализированным оптическим модулем 128, содержащим катоптрическую (отражательную) оптическую систему, такую как зеркало 129. Таким образом, вход смещенной съемочной системы (в данном случае второй съемочной системы 120) связан с оптическим трактом центрированной оптической системы (в данном случае первой съемочной системы 110).In a common area of the optical paths 116 and 126, the optical beams at least partially merge with each other, or are simply parallel to each other. The second imaging system 120, which is offset, has a portion of the optical path 126 (inside the second imaging system 120) which is preferably parallel to the optical axis O. filming system 110; while its centering is carried out by a specialized optical module 128 containing a catoptric (reflective) optical system, such as a mirror 129. first filming system 110).

Кроме того оптическая система 100 содержит оптический модуль 128 (например, с катоптрической оптической системой, такой как зеркало 129), расположенный между первой съемочной системой 110 и второй съемочной системой 120, и выполненный с возможностью отклонения части световых лучей, проходящих по меньшей мере через часть одной из съемочных систем (первой или второй) в направлении другой из съемочных систем (первой или второй). Оптическая система 100 устроена так, что оптический путь от наблюдаемого объекта (от концевого участка 313 инструмента 312 на фиг. 4 и 16 и от мишени 200 на фиг. 6 и 8) проходит по меньшей мере через часть одной из съемочных систем - первой съемочной системы 110 или второй съемочной системы 120 (первой съемочной системы на фиг. 4, 6, 8 и 16), прежде чем достичь другой из указанных съемочных систем (второй съемочной системы на фиг. 4, 6, 8 и 16).In addition, the optical system 100 includes an optical module 128 (for example, with a catoptric optical system, such as a mirror 129) located between the first imaging system 110 and the second imaging system 120, and configured to deflect a portion of the light rays passing through at least a portion one of the survey systems (first or second) in the direction of another of the survey systems (first or second). The optical system 100 is designed so that the optical path from the observed object (from the end section 313 of the tool 312 in Fig. 4 and 16 and from the target 200 in Fig. 6 and 8) passes through at least part of one of the imaging systems - the first imaging system 110 or the second survey system 120 (the first survey system in FIGS. 4, 6, 8 and 16) before reaching the other of said survey systems (the second survey system in FIGS. 4, 6, 8 and 16).

Также, в соответствии с представленной схемой, первая съемочная система 110 и вторая съемочная система 120 расположены параллельно друг другу. Также, в соответствии с представленной схемой, первая съемочная система 110 установлена непосредственно на держателе 320 детали, а вторая съемочная система 120 смещена относительно оптической оси первой съемочной системы 110, но применимо может быть и обратное, а именно, может существовать схема, в которой вторая съемочная система 120 смонтирована непосредственно на держателе 320 детали, при этом вторая съемочная система 120 является эксцентричной по отношению к первой съемочной системе 110.Also, in accordance with the presented diagram, the first filming system 110 and the second filming system 120 are arranged parallel to each other. Also, in accordance with the presented scheme, the first imaging system 110 is mounted directly on the workpiece holder 320, and the second imaging system 120 is offset relative to the optical axis of the first imaging system 110, but the reverse may also be applicable, namely, there may be a scheme in which the second the camera system 120 is mounted directly on the workpiece holder 320, with the second camera system 120 being eccentric with respect to the first camera system 110.

Таким образом, ясно, что, когда первая съемочная система 110 сцентрирована с наблюдаемым объектом, вторая съемочная система 120 также «видит» наблюдаемый объект, и также может формировать изображение наблюдаемого объекта. Как будет далее понятно, данное изображение может быть использовано для определения положения обрабатывающего инструмента 312 и для определения профиля концевого участка инструмента 312.Thus, it is clear that when the first imaging system 110 is centered on the observed object, the second imaging system 120 also "sees" the observed object, and can also form an image of the observed object. As will be further understood, this image can be used to determine the position of the processing tool 312 and to determine the profile of the end portion of the tool 312.

Таким образом, согласно одному варианту осуществления изобретения, предложен способ определения положения обрабатывающего инструмента 312, установленного в держателе 310 инструмента в обрабатывающем модуле 300, в состав которого входит держатель 320 детали и держатель 310 инструмента -способ, содержащий этапы, на которых:Thus, according to one embodiment of the invention, a method is provided for determining the position of a machining tool 312 mounted in a tool holder 310 in a machining module 300, which includes a workpiece holder 320 and a tool holder 310—a method comprising:

i) в обрабатывающем модуле 300 предусматривают измерительное устройство 304, содержащее оптическую систему 100 для определения профиля концевого участка 313 инструмента 312, установленного в держателе 310 инструмента, при этом в измерительном устройстве оптическую систему 100 устанавливают на держатель 320 детали;i) in the processing module 300, a measuring device 304 is provided, containing an optical system 100 for determining the profile of the end portion 313 of the tool 312 installed in the tool holder 310, while in the measuring device, the optical system 100 is mounted on the workpiece holder 320;

ii) устанавливают инструмент 312 в держатель 310 инструмента: данный этап определяет положение инструмента 312 относительно держателя 310 инструмента;ii) install the tool 312 in the tool holder 310: this step determines the position of the tool 312 relative to the tool holder 310;

iii) устанавливают держатель 310 инструмента относительно держателя 320 детали в измерительное рабочее положение (например, в соответствии со схемой фиг. 4): данный этап позволяет расположить инструмент 312, и, в частности, концевой участок 313 инструмента 312 или другую часть инструмента 312 так, чтобы она была видимой для оптической системы 100;iii) setting the tool holder 310 relative to the workpiece holder 320 to the measuring working position (for example, in accordance with the diagram of Fig. 4): this step allows you to position the tool 312, and in particular the end section 313 of the tool 312 or another part of the tool 312 so that to be visible to the optical system 100;

iv) включают измерительное устройство 304, иiv) turn on the measuring device 304, and

v) посредством оптической системы 100 определяют положение инструмента 312 в обрабатывающем модуле 300v) through the optical system 100 determine the position of the tool 312 in the processing module 300

Здесь необходимо снова отметить, что в случае соответствующего изобретению устройства обрабатывающего модуля 300, показанного на чертежах, оптическая система 100 установлена на держателе 320 детали. Поэтому ясно, что в результате формирования оптической системой 100 изображения инструмента 312 (в частности его концевого участка 313) оказывается возможным определение не только взаимного положения инструмента 312 (его концевого участка 313) и держателя 320 детали, но также и взаимного положения держателя 310 инструмента и держателя 320 детали.Here again, it should be noted that in the case of the device according to the invention of the processing module 300 shown in the drawings, the optical system 100 is mounted on the holder 320 parts. Therefore, it is clear that as a result of the formation of the image of the tool 312 (in particular its end section 313) by the optical system 100, it is possible to determine not only the relative position of the tool 312 (its end section 313) and the workpiece holder 320, but also the relative position of the tool holder 310 and holder 320 details.

В соответствии с первой возможностью, относящейся к указанному способу определения положения обрабатывающего инструмента, при включении измерительного устройства 304 используется первая съемочная система 110 и следовательно первая система 112 получения изображений, которая формирует одно (или более) изображение(-й) концевого участка 313 инструмента 312. Анализ данного изображения и, в частности, положения зоны резкой фокусировки изображения (получающегося, например, посредством схемы фиг. 4) в направлении X и относительно края инструмента, как это «видит» первая съемочная система 110, позволяет определить расстояние инструмента 312 относительно оптической системы 100, и, следовательно, положение концевого участка 313 по оси Z. Данное изображение позволяет рассмотреть режущую кромку или кромки (в виде проекции), как это «видит» первая съемочная система 110. Такое рассмотрение позволяет определить как положение, в частности, относительно края, так и геометрию (форму линии или линий на изображении, которые соответствуют режущей кромке или кромкам).In accordance with the first possibility related to the specified method of determining the position of the processing tool, when the measuring device 304 is turned on, the first imaging system 110 and therefore the first imaging system 112 is used, which forms one (or more) image(s) of the end section 313 of the tool 312 The analysis of this image and, in particular, the position of the zone of sharp focus of the image (obtained, for example, by means of the diagram of Fig. 4) in the X direction and relative to the edge of the tool, as the first imaging system 110 "sees", allows you to determine the distance of the tool 312 relative to the optical system 100, and hence the position of the end section 313 along the Z axis. This image allows you to view the cutting edge or edges (as a projection), as it is "sees" the first imaging system 110. This view allows you to define as a position, in particular, relative to edges, and geometry (the shape of the line or lines on the image corresponding to the cutting edge or edges).

В соответствии со второй возможностью, относящейся к указанному способу определения положения обрабатывающего инструмента (альтернативной упомянутой первой возможности или дополняющей первую возможность) при включении измерительного устройства 304 используется вторая съемочная система 120 и следовательно вторая система 122 получения изображений, которая формирует одно (или более) изображение(-й) концевого участка 313 инструмента 312. Анализ данного изображения и, в частности, положения зоны резкой фокусировки изображения (получающегося, например, посредством схемы фиг. 4) в направлении X и относительно края инструмента, как это «видит» первая съемочная система 110, позволяет определить расстояние инструмента 312 относительно оптической системы 100, и, следовательно, положение концевого участка 313 по оси Z. Данное изображение также позволяет рассмотреть режущую кромку или кромки (в виде проекции), как это «видит» вторая съемочная система 120. Такое рассмотрение позволяет определить как положение, в частности, относительно края, так и геометрию (форму линии или линий на изображении, которые соответствуют режущей кромке или кромкам).In accordance with the second possibility related to the specified method of determining the position of the processing tool (alternative to the mentioned first possibility or supplementing the first possibility), when the measuring device 304 is turned on, the second survey system 120 and therefore the second imaging system 122 is used, which forms one (or more) images (th) end section 313 of tool 312. Analysis of this image and, in particular, the position of the sharp focus area of the image (obtained, for example, by means of the scheme of Fig. 4) in the X direction and relative to the edge of the tool, as the first imaging system "sees" 110 allows you to determine the distance of the tool 312 relative to the optical system 100, and therefore the position of the end section 313 along the Z axis. This image also allows you to consider the cutting edge or edges (in projection) as the second imaging system 120 “sees” it. consideration allows us to determine how position, in particular with respect to the edge, and geometry (the shape of the line or lines in the image that correspond to the cutting edge or edges).

Также, согласно одному варианту осуществления изобретения, предложен способ определения профиля обрабатывающего инструмента 312, установленного в держателе 310 инструмента в обрабатывающем модуле 300, в состав которого входит держатель 320 детали и держатель 310 инструмента - способ, содержащий этапы, на которых:Also, according to one embodiment of the invention, a method is provided for determining the profile of a machining tool 312 mounted in a tool holder 310 in a machining module 300, which includes a workpiece holder 320 and a tool holder 310, a method comprising:

i) в обрабатывающем модуле 300 предусматривают измерительное устройство 304, содержащее оптическую систему 100 для определения профиля концевого участка 313 инструмента 312, установленного в держателе 310 инструмента, при этом в измерительном устройстве оптическую систему 100 устанавливают на держатель 320 детали;i) in the processing module 300, a measuring device 304 is provided, containing an optical system 100 for determining the profile of the end portion 313 of the tool 312 installed in the tool holder 310, while in the measuring device, the optical system 100 is mounted on the workpiece holder 320;

ii) устанавливают инструмент 312 в держатель 310 инструмента: данный этап позволяет определить положение инструмента 312 относительно держателя 310 инструмента;ii) install the tool 312 in the tool holder 310: this step determines the position of the tool 312 relative to the tool holder 310;

iii) устанавливают держатель 310 инструмента относительно держателя 320 детали в измерительное рабочее положение (например, в соответствии со схемой фиг. 4): данный этап позволяет расположить инструмент 312, и, в частности, концевой участок 313 инструмента 312 или другую часть инструмента 312 так, чтобы она была видимой для оптической системы 100;iii) setting the tool holder 310 relative to the workpiece holder 320 to the measuring working position (for example, in accordance with the diagram of Fig. 4): this step allows you to position the tool 312, and in particular the end section 313 of the tool 312 or another part of the tool 312 so that to be visible to the optical system 100;

iv) включают измерительное устройство 304, иiv) turn on the measuring device 304, and

v) посредством оптической системы 100 определяют профиль концевого участка 313 (или другой части) инструмента 312, установленного в держателе 310 инструмента.v) through the optical system 100 determine the profile of the end section 313 (or other part) of the tool 312 installed in the holder 310 of the tool.

В соответствии с первой возможностью, относящейся к указанному способу определения профиля обрабатывающего инструмента 312, при включении измерительного устройства 304 используется первая съемочная система 110 и следовательно первая система 112 получения изображений, которая формирует одно (или более) изображение(-й) концевого участка 313 инструмента 312. Анализ данного изображения позволяет определить край инструмента, как его «видит» первая съемочная система 110. Имеется в виду край, т.е. контур концевого участка 313 инструмента 312, наблюдаемый в виде проекции в плоскости (X, Y) ортогональной направлению Z, которое само параллельно оптической оси О оптической системы. Таким образом, форма (в данном случае линия контура) указанного края инструмента 312 дает информацию о геометрии концевого участка 313 инструмента 312, установленного в держателе 310 во время регистрации изображения. Данное изображение также позволяет рассмотреть режущую кромку или кромки (в виде проекции), как это «видит» первая съемочная система 110. Такое рассмотрение позволяет определить как положение, в частности, относительно края, так и геометрию (форму линии или линий на изображении, которые соответствуют режущей кромке или кромкам).In accordance with the first possibility related to the specified method of determining the profile of the processing tool 312, when the measuring device 304 is turned on, the first survey system 110 and therefore the first imaging system 112 is used, which forms one (or more) image(s) of the end section 313 of the tool 312. Analysis of this image makes it possible to determine the edge of the tool as it is "seen" by the first imaging system 110. This refers to the edge, i. the contour of the end portion 313 of the tool 312 as viewed as a projection in the (X, Y) plane orthogonal to the Z direction, which is itself parallel to the optical axis O of the optical system. Thus, the shape (in this case, the contour line) of the specified edge of the tool 312 provides information about the geometry of the end portion 313 of the tool 312 installed in the holder 310 during image acquisition. This image also makes it possible to view the cutting edge or edges (as a projection) as seen by the first imaging system 110. Such a view makes it possible to determine both the position, in particular with respect to the edge, and the geometry (shape of the line or lines in the image that match the cutting edge or edges).

В соответствии со второй возможностью, относящейся к указанному способу определения профиля обрабатывающего инструмента 312 (альтернативной упомянутой первой возможности или дополняющей первую возможность) при включении измерительного устройства 304 используется вторая съемочная система 120 и следовательно вторая система 122 получения изображений, которая формирует одно (или более) изображение(-й) концевого участка 313 инструмента 312. Анализ данного изображения позволяет определить край инструмента, как его «видит» вторая съемочная система 120. Имеется в виду край, т.е. контур концевого участка 313 инструмента 312, наблюдаемый в виде проекции в плоскости (X, Y) ортогональной направлению Z, которое само параллельно оптической оси О оптической системы. Таким образом, форма (в данном случае линия контура) указанного края инструмента 312 дает информацию о геометрии концевого участка 313 инструмента 312, установленного в держателе 310 во время регистрации изображения. Данное изображение также позволяет рассмотреть режущую кромку или кромки (в виде проекции), как это «видит» вторая съемочная система 120. Такое рассмотрение позволяет определить как положение, в частности, относительно края, так и геометрию (форму линии или линий на изображении, которые соответствуют режущей кромке или кромкам).In accordance with the second possibility related to the specified method of determining the profile of the processing tool 312 (alternative to the mentioned first possibility or supplementing the first possibility), when the measuring device 304 is turned on, the second survey system 120 and therefore the second imaging system 122 is used, which generates one (or more) image(s) of the end section 313 of the tool 312. Analysis of this image allows you to determine the edge of the tool, as it is "seen" by the second imaging system 120. This refers to the edge, i.e. the contour of the end portion 313 of the tool 312 as viewed as a projection in the (X, Y) plane orthogonal to the Z direction, which is itself parallel to the optical axis O of the optical system. Thus, the shape (in this case, the contour line) of the specified edge of the tool 312 provides information about the geometry of the end portion 313 of the tool 312 installed in the holder 310 during image acquisition. This image also makes it possible to view the cutting edge or edges (as a projection) as seen by the second imaging system 120. Such a view makes it possible to determine both the position, in particular with respect to the edge, and the geometry (the shape of the line or lines in the image that match the cutting edge or edges).

Такой способ определения профиля инструмента 312, в частности, позволяет определять угловую ориентацию инструмента 312 относительно оси X держателя инструмента и, следовательно, относительно держателя 320 детали при измерительном рабочем положении, и также позволяет проверять правильность ориентации инструмента 312 относительно держателя детали при измерительном рабочем положении. Также указанный способ определения профиля инструмента 312 дает возможность назначать профиль и проверять, что установленный в держатель инструмент 312 соответствует требуемому инструменту (обнаруженный профиль соответствует ожидаемому заранее заданному профилю), и, следовательно, позволяет предотвращать установку в держатель 310 ненадлежащего инструмента.This method of defining the profile of the tool 312, in particular, allows the angular orientation of the tool 312 to be determined with respect to the X-axis of the tool holder and, therefore, relative to the workpiece holder 320 at the measuring working position, and also allows checking the correct orientation of the tool 312 relative to the workpiece holder at the measuring working position. Also, this method of determining the profile of the tool 312 makes it possible to assign a profile and check that the tool 312 installed in the holder matches the required tool (the detected profile corresponds to the expected predefined profile), and therefore allows you to prevent the installation of the wrong tool in the holder 310.

На фиг. 8 представлено оптическое устройство 10, содержащее оптическую систему 100 и трехкоординатную (3D) мишень 200, приспособленную, согласно одному варианту осуществления, к взаимодействию с оптической системой для осуществления трехкоординатного (3D) измерения положения мишени 200 относительно оптической системы 100. Как будет далее разъяснено, указанное измерение также обеспечивает измерение положения держателя 310 инструмента (на котором находится мишень 200) относительно держателя 320 детали, который несет на себе оптическую систему 100, и на основе данных указанных измерений получение данных положения инструмента 312 (установленного в держателе 310) относительно детали 322 (установленной в держателе 320). Фактически, в данном измерительном рабочем положении мишень 200 ориентирована в направлении оптической системы 100 параллельно главной оси, образуя горизонтальное главное направление Z. С этой целью на выходе оптической системы 100 оптический путь О ортогонален активной поверхности 202 мишени 200.In FIG. 8 shows an optical device 10 comprising an optical system 100 and a three-dimensional (3D) target 200 adapted, according to one embodiment, to cooperate with the optical system to perform a three-dimensional (3D) measurement of the position of the target 200 relative to the optical system 100. As will be further explained, said measurement also provides a measurement of the position of the tool holder 310 (on which the target 200 is located) relative to the workpiece holder 320 that carries the optical system 100, and based on said measurement data, obtains the position data of the tool 312 (mounted in the holder 310) relative to the workpiece 322 ( mounted in holder 320). In fact, in this measuring operating position, the target 200 is oriented in the direction of the optical system 100 parallel to the main axis, forming a horizontal main direction Z. To this end, at the output of the optical system 100, the optical path O is orthogonal to the active surface 202 of the target 200.

Далее, согласно фиг. 8, 10, 11 и 12, будет рассмотрена мишень 200. Мишень 200 имеет форму гильзы, в данном случае форму цилиндра кругового сечения (но может иметь квадратное или иное сечение), одна сторона которого образует активную поверхность 202 для выполнения измерений. Поэтому, для выполнения измерений данная активная поверхность 202 повернута в направлении оптической системы 100, в частности, в направлении входного зрачка 102 оптической системы 100, при этом ось Z, соответствующая главному направлению (горизонтальному на чертежах), отделяет активную поверхность 202 от входного зрачка 102 оптической системы 100.Further, according to FIG. 8, 10, 11 and 12, the target 200 will be discussed. The target 200 is in the form of a sleeve, in this case the shape of a cylinder of circular cross section (but may be square or otherwise), one side of which forms an active surface 202 for making measurements. Therefore, to perform measurements, this active surface 202 is rotated in the direction of the optical system 100, in particular, in the direction of the entrance pupil 102 of the optical system 100, while the Z axis corresponding to the main direction (horizontal in the drawings) separates the active surface 202 from the entrance pupil 102 optical system 100.

Площадь активной поверхности 202 мишени 200 поделена между первой структурой 210 и второй структурой 220. Первая структура 210 содержит плоскую базовую поверхность 212, которая является гладкой и поделена между первым участком 214, который является диффузно отражающим, и вторым участком 216, который является зеркально отражающим. В общем указанная плоская базовая поверхность 212 поделена по меньшей мере между одним участком, поверхность которого обладает отражающими свойствами, соответствующими первым параметрам отражения, и вторым участком, поверхность которого обладает отражающими свойствами, соответствующими вторым параметрам отражения, которые отличаются от первых параметров отражения. Согласно одному варианту осуществления, первый участок 214 покрыт диффузно отражающим слоем, например, слоем сульфата бария BaSO4, а второй участок 216 выполнен в виде зеркально отражающего слоя, например, слоя хрома. В изображенном варианте осуществления второй участок 216 состоит из множества локальных зон 217 круглой формы, образующих островки, которые расположены внутри первого участка 214, который является сплошным. В общем, второй участок 216 разделен на серии локальных зон 217, расположенных внутри первого участка 214. В соответствии с одной возможностью, локальные зоны 217 второго участка 216 сформированы из островков или сегментов, распределенных внутри первого участка 214. Указанные локальные зоны 217 могут быть другого вида, например, могут иметь вид сегментов или «островков» другой формы нежели круговой. Указанные локальные зоны 217 вместе образуют геометрическую фигуру - одну из следующего перечня: четырехугольник, параллелограмм, прямоугольник, квадрат, ромб, правильный многоугольник и окружность. Данная геометрическая фигура может быть фигурой с центральной симметрией. На фиг. 10 и 11 двадцать четыре круглые локальные зоны 217 расположены в виде квадрата. Назначение первой структуры 210 заключается в точном распознавании центра С3 с использованием стандартных видео средств. В случае фигуры типа «квадрат» две диагонали С1 и С2 указанного квадрата пересекаются в его центре. Следует отметить, что в измерительном рабочем положении, как представлено на фиг. 6-12, базовая поверхность 212 расположена параллельно направлениям X и Y, соответственно формируя вертикальное направление (ось) и поперечное горизонтальное направление (ось) в случае изображенного расположения.The active surface area 202 of the target 200 is divided between the first structure 210 and the second structure 220. The first structure 210 includes a flat base surface 212 that is smooth and is divided between a first region 214 that is diffusely reflective and a second region 216 that is specularly reflective. In general, said flat base surface 212 is divided between at least one region whose surface has reflective properties corresponding to first reflection parameters and a second region whose surface has reflective properties corresponding to second reflection parameters that differ from the first reflection parameters. In one embodiment, the first portion 214 is coated with a diffusely reflective layer, such as a barium sulfate BaSO 4 layer, and the second portion 216 is provided as a specularly reflective layer, such as a chromium layer. In the depicted embodiment, the second section 216 is composed of a plurality of localized island-shaped circular zones 217 that are located within the first section 214, which is solid. In general, the second section 216 is divided into a series of local zones 217 located within the first section 214. In accordance with one possibility, the local zones 217 of the second section 216 are formed from islands or segments distributed within the first section 214. Said local zones 217 may be different species, for example, may take the form of segments or "islands" of a different shape than circular. These local zones 217 together form a geometric figure - one of the following list: quadrilateral, parallelogram, rectangle, square, rhombus, regular polygon and circle. This geometric figure can be a figure with central symmetry. In FIG. 10 and 11, twenty-four circular local areas 217 are arranged in a square pattern. The purpose of the first structure 210 is to accurately recognize the center C3 using standard video tools. In the case of a figure of the "square" type, two diagonals C1 and C2 of the specified square intersect in its center. It should be noted that in the measuring working position, as shown in FIG. 6-12, base surface 212 is arranged parallel to the X and Y directions, respectively forming a vertical direction (axis) and a transverse horizontal direction (axis) in the case of the depicted arrangement.

Вторая структура 220 содержит поверхность 222, которая наклонена относительно базовой поверхности 212; при этом данная наклонная поверхность 222 является практически плоской, причем срединная плоскость данной наклонной поверхности образует с базовой поверхностью 212 острый угол α, лежащий в диапазоне 10° - 80° включительно, например, угол 20° - 30° включительно, а предпочтительно угол порядка 25° (см. фиг. 12).The second structure 220 includes a surface 222 that is inclined relative to the base surface 212; while this inclined surface 222 is practically flat, and the median plane of this inclined surface forms with the base surface 212 an acute angle α lying in the range of 10° - 80° inclusive, for example, an angle of 20° - 30° inclusive, and preferably an angle of the order of 25 ° (see Fig. 12).

Согласно одному варианту осуществления, данная наклонная поверхность 222 не является гладкой, а содержит элементы 224 рельефа, которые создают неровности поверхности, которые являются либо случайными, либо обладают заданной геометрией, например, вместе образуют решетку или сетку линий, таким образом составляют структурированную решетку (не показана) или структурированную сетку линий (см. фиг. 13). Также, согласно одному варианту осуществления, наклонная поверхность 222 второй структуры 220 является бороздчатой, в частности, наклонная поверхность 222 второй структуры 220 покрыта одним из следующих элементов: травленой сеткой, структурированной решеткой или сеткой зеркально отражающих линий 225.According to one embodiment, this sloped surface 222 is not smooth, but contains terrain elements 224 that create surface irregularities that are either random or have a predetermined geometry, for example, together form a lattice or grid of lines, thus constituting a structured lattice (not shown) or a structured grid of lines (see Fig. 13). Also, according to one embodiment, the sloped surface 222 of the second structure 220 is striated, in particular, the sloped surface 222 of the second structure 220 is covered with one of the following: an etched mesh, a structured grating, or a grid of reflective lines 225.

Элементы 224 рельефа такого рода могут быть в виде выступов или в виде углублений, т.е. могут быть отнесены назад относительно срединной плоскости наклонной поверхности 222, в частности, в форме небольшой шероховатости или любой другой неоднородности поверхности. Такие элементы 224 рельефа могут присутствовать на всей площади наклонной поверхности 222. Элементы рельефа такого рода могут быть равномерно распределены по всей площади наклонной поверхности 222. Например, указанные элементы 224 рельефа могут образовывать конфигурацию, которая ограничивает решетчатый или сетчатый узор, или, в более общем случае, структурированную поверхность или шероховатую поверхность, которая дает хорошее рассеяние света, отраженного от наклонной поверхности 222. Площадь наклонной поверхности 222 второй структуры 220, к примеру, покрыта одним из следующих элементов: травленой сеткой или структурированной решеткой, у которой расстояние (шаг) между элементами лежит в интервале 5-100 мкм включительно, в частности в интервале 5-50 мкм включительно, в том числе 8-15 мкм включительно, например, имеет порядок 10 мкм.The relief elements 224 of this kind may be in the form of protrusions or in the form of depressions, i.e. may be offset back relative to the median plane of the inclined surface 222, particularly in the form of a slight roughness or any other surface irregularity. Such features 224 may be present over the entire area of sloped surface 222. Features of this kind may be uniformly distributed over the entire area of sloped surface 222. For example, these features 224 may form a configuration that defines a lattice or grid pattern, or more generally case, a structured surface or a rough surface that gives good scattering of the light reflected from the inclined surface 222. The area of the inclined surface 222 of the second structure 220, for example, is covered with one of the following: an etched mesh or a structured grating, in which the distance (pitch) between elements lies in the range of 5-100 µm inclusive, in particular in the range of 5-50 µm inclusive, including 8-15 µm inclusive, for example, has the order of 10 µm.

Например, данная наклонная поверхность 222 выполнена из неполированного кремния или из керамики, или из неполированного металла или стекла, или из любого другого материала, на котором может быть сформирована структура, при этом элементы 224 рельефа могут быть получены посредством фотолитографии, путем станочной обработки со снятием стружки, путем непосредственного формирования рисунка (письма), или любым другим способом, который позволяет сформировать структуру. Указанные элементы 224 рельефа образуют, к примеру, углубления и/или выступы, которые соответственно отнесены назад от срединной плоскости и/или вынесены вперед за пределы срединной плоскости на несколько микрон или на несколько десятков микрон, в частности, на 0,5-50 мкм.For example, this sloped surface 222 is made of unpolished silicon or ceramic, or unpolished metal or glass, or any other material on which a structure can be formed, while the elements 224 of the relief can be obtained by photolithography, by machining with removal shavings, by directly forming a pattern (letter), or in any other way that allows you to form a structure. Said relief elements 224 form, for example, depressions and/or protrusions, which are respectively spaced back from the median plane and/or moved forward beyond the median plane by a few microns or a few tens of microns, in particular by 0.5-50 µm. .

Согласно другому варианту осуществления, как показано на фиг. 14, площадь наклонной поверхности 222 является гладкой и содержит сетку линий хромового покрытия или иного материала, обеспечивающего зеркальное отражение указанным линиям хромового покрытия, которые образуют зеркальные элементы 225. Указанные зеркальные элементы 225 в форме линий расположены параллельно друг другу. В измерительном положении указанные зеркальные элементы 225 в форме линий или полосок расположены параллельно плоскости Y, Z, так что вдоль наклонной поверхности в направлении Z указанные линии следуют одна за другой (то же самое наблюдается, если двигаться в направлении X). Подложка, образующая небольшую пластину второй структуры 220, может быть выполнена из различных материалов, включая стекло или кремний, с диффузно отражающим слоем на наклонной поверхности 222, выполненным, например, из сульфата бария BaSO4, который чередуется с зеркальными элементами 225, или же, который покрывает всю наклонную поверхность, а зеркальные элементы 225 при этом расположены поверх данного диффузно отражающего слоя. Зеркальные элементы 225 такого рода могут быть равномерно распределены по всей площади наклонной поверхности 222. Согласно примеру варианта осуществления, указанные зеркальные элементы 225 в форме линий образуют сетку с шагом 25 мкм. При этом данные линии (в частности, из хромового покрытия) имеют ширину 12,5 мкм равную ширине промежутков между линиями или участков диффузного отражения, которые также имеют форму линий или полос шириной 12,5 мкм. В соответствии с другим вариантом осуществления, используется шаг 10 мкм или более, в общем шаг в диапазоне 5-50 мкм. Следует отметить, что зеркальные элементы 225, которые чередуются с остальной поверхностью, обеспечивающей диффузное отражение, могут иметь форму иную нежели сплошные линии или сегменты, образующие полосы; в частности, это могут быть прерывистые линии, фигуры типа полосок, кругов, треугольников или любых других геометрических форм.According to another embodiment, as shown in FIG. 14, the area of the sloped surface 222 is smooth and contains a grid of lines of chrome plating or other material that provides mirror reflection to said lines of chrome plating, which form mirror elements 225. Said mirror elements 225 in the form of lines are parallel to each other. In the measuring position, said mirror elements 225 in the form of lines or strips are arranged parallel to the Y, Z plane, so that along the inclined surface in the Z direction, said lines follow one another (the same is observed if moving in the X direction). The substrate forming the small plate of the second structure 220 may be made of various materials, including glass or silicon, with a diffusely reflective layer on the sloped surface 222 made of, for example, barium sulfate BaSO 4 interleaved with mirror elements 225, or alternatively, which covers the entire inclined surface, while the mirror elements 225 are located on top of this diffusely reflective layer. Mirror elements 225 of this kind can be evenly distributed over the entire area of the inclined surface 222. According to an exemplary embodiment, these mirror elements 225 in the form of lines form a grid with a pitch of 25 μm. In this case, these lines (in particular, from a chromium coating) have a width of 12.5 μm equal to the width of the gaps between the lines or areas of diffuse reflection, which also have the form of lines or stripes with a width of 12.5 μm. In accordance with another embodiment, a pitch of 10 µm or more is used, in general a pitch in the range of 5-50 µm. It should be noted that the reflective elements 225 that alternate with the rest of the diffuse reflection surface may have a shape other than solid lines or segments forming stripes; in particular, it can be broken lines, figures such as stripes, circles, triangles or any other geometric shapes.

Согласно варианту осуществления, который не представлен на чертежах, наклонная поверхность 222 второй структуры 220 несет на себе сосредоточенные и выступающие элементы 224 рельефа в форме небольших гребней или зубцов, которые распределены по взаимно параллельным рядам, при этом элементы 224 рельефа взаимно смещены от одного ряда к другому, образуя шахматный узор. Согласно другому варианту осуществления, который не представлен на чертежах, наклонная поверхность 222 второй структуры 220 несет на себе выступающие элементы 224 рельефа в форме сегментов, которые являются параллельными друг другу и равноудаленными и соответствуют двум сериям, пересекающимся под углом 90° друг к другу. Такой набор элементов 224 рельефа образует решетчатый рисунок. Следует отметить, что данная решетка может быть сформирована двумя сериями взаимно параллельных сегментов, которые пересекаются друг с другом под углом, отличающимся от 90°. На фиг. 10-13 наклонная поверхность 222 второй структуры 220 несет элементы 224 рельефа, которые утоплены в виде серии сегментов, которые параллельны друг другу и расположены друг от друга на равных расстояниях в направлении X: в данном случае указанные элементы 224 рельефа образуют канавки. Следовательно, направление X является ортогональным направлению сегментов, образующих элементы 224 рельефа.According to an embodiment that is not shown in the drawings, the sloped surface 222 of the second structure 220 bears concentrated and protruding relief elements 224 in the form of small ridges or teeth, which are distributed in mutually parallel rows, while the relief elements 224 are mutually offset from one row to another, forming a checkerboard pattern. According to another embodiment, which is not shown in the drawings, the sloped surface 222 of the second structure 220 bears raised elements 224 in the form of segments that are parallel to each other and equidistant and correspond to two series intersecting at an angle of 90° to each other. Such a set of relief elements 224 forms a lattice pattern. It should be noted that this grating can be formed by two series of mutually parallel segments that intersect each other at an angle other than 90°. In FIG. 10-13, the sloped surface 222 of the second structure 220 carries embossings 224 which are recessed in a series of segments that are parallel to each other and spaced at equal distances from each other in the X direction: in this case, said embossings 224 form grooves. Therefore, the direction X is orthogonal to the direction of the segments that form the elements 224 relief.

Поэтому, в варианте осуществления, показанном на фиг. 14, наклонная поверхность 222 второй структуры 220 покрыта сеткой зеркальных линий 225, а именно, взаимно параллельных сплошных полос, поверхность которых обладает свойством зеркального отражения.Therefore, in the embodiment shown in FIG. 14, the inclined surface 222 of the second structure 220 is covered with a grid of specular lines 225, namely, mutually parallel solid strips, the surface of which has the property of specular reflection.

Таким образом, в некоторых из вышеупомянутых случаев, и, в частности, представленных на фиг. 13 и 14, наклонная поверхность 222 второй структуры 220 имеет бороздчатую фактуру.Thus, in some of the cases mentioned above, and in particular those illustrated in FIG. 13 and 14, the sloped surface 222 of the second structure 220 has a striated texture.

В соответствии с вариантами осуществления, представленными для мишени 200, гильза, ограничивающая мишень 200, содержит на своей активной поверхности 202 первую структуру 210, которая занимает большую часть площади активной поверхности 202, а внутри первой структуры 210 - зону, занимаемую второй структурой 220. В этой ситуации первая структура 210 окружает вторую структуру 220. Точнее, локальные зоны 217 второго участка 216 первой структуры 210 образуют квадрат, который окружает вторую структуру 220. В соответствии с одним возможным условием, и в случае вариантов осуществления мишени 200, представленных на чертежах, первая структура 210 и вторая структура 220 расположены на активной поверхности 202 концентрично друг другу. Более того, как в представленных вариантах, первая структура 210 определяет границу окна 218 для корпуса 219, вмещающего в себе вторую структуру 220, которая, к примеру, размещена на небольшой пластине, включающей в себя наклонную поверхность 222. Когда пластина помещена в корпус 219 первой структуры 210, ее наклонная поверхность 222 повернута в направлении наружу из корпуса 219, в сторону окна 218. В данном конкретном случае вторая структура 220 расположена в корпусе 219 так, что наклонная поверхность 222 отнесена назад относительно базовой поверхности первой структуры 210: это означает, что наклонная поверхность 222, а, следовательно, и вторая структура 220 расположены сзади, позади плоскости, ограниченной базовой поверхностью 212 (относительно главного направления Z, см. фиг. 11) в корпусе 219, и отнесены назад, например, на 0,05-2 мм, или же на расстояние порядка 0,15 мм. Согласно другому возможному варианту, который не представлен на чертежах, вторую структуру 220 располагают впереди - спереди от плоскости, ограниченной базовой поверхностью 212. Согласно еще одному возможному варианту, который также не представлен на чертежах, вторую структуру 220 располагают с каждой стороны плоскости, ограниченной базовой поверхностью 212, а именно, часть наклонной поверхности 222 располагают позади, а другую часть наклонной поверхности 222 располагают спереди относительно базовой поверхности 212.In accordance with the embodiments presented for the target 200, the sleeve defining the target 200 comprises on its active surface 202 a first structure 210 which occupies the majority of the area of the active surface 202, and within the first structure 210 an area occupied by the second structure 220. B In this situation, the first structure 210 surrounds the second structure 220. More precisely, the local zones 217 of the second section 216 of the first structure 210 form a square that surrounds the second structure 220. In accordance with one possible condition, and in the case of the embodiments of the target 200 presented in the drawings, the first the structure 210 and the second structure 220 are concentric to each other on the active surface 202. Moreover, as in the illustrated embodiments, the first structure 210 defines a window boundary 218 for the body 219 housing the second structure 220, which is placed on a small plate including an inclined surface 222, for example. When the plate is placed in the body 219, the first structure 210, its sloped surface 222 is turned outward from the housing 219, towards the window 218. In this particular case, the second structure 220 is located in the housing 219 so that the sloped surface 222 is set back relative to the base surface of the first structure 210: this means that the inclined surface 222, and hence the second structure 220, are located behind, behind the plane bounded by the base surface 212 (relative to the main direction Z, see Fig. 11) in the housing 219, and are offset back, for example, by 0.05-2 mm, or at a distance of about 0.15 mm. According to another possible option, which is not shown in the drawings, the second structure 220 is located in front of the plane bounded by the base surface 212. According to another possible option, which is also not shown in the drawings, the second structure 220 is located on each side of the plane bounded by the base surface 212, namely, part of the sloped surface 222 is located behind, and the other part of the sloped surface 222 is located in front of the base surface 212.

В целях защиты первой структуры 210 и второй структуры 220 от окружающей среды (пыли, масла, ударов и т.п.), как можно видеть на фиг. 12, мишень 200 содержит защитную пластину 230 из прозрачного материала, в частности, стекло, закрывающее первую структуру 210 и вторую структуру 220 со стороны активной поверхности 202. В соответствии с одним возможным вариантом осуществления, как показано на фиг. 12, мишень 200 содержит в виде пакета следующие элементы. Нижнюю стенку 231, поверх которой установлена пластина 232, в центре которой выполнен вырез, определяющий границы корпуса 219, граница которого со стороны активной поверхности 202 определена окном 218. Сверху пластина 232 прикрыта защитной пластиной 230, которая закрывает корпус 219. Все указанные элементы вместе окружены цилиндрической стенкой 234, которая удерживает всю мишень 200. Вторая структура 220 представляет собой, например, заключенную в корпус 219 кремниевую пластину с наклонной поверхностью 222 (которая несет на себе элементы 224 рельефа или зеркальные элементы 225), повернутую в направлении активной поверхности 202. Поверхность верхней пластины 232, обращенная в сторону активной поверхности 202, содержит отражающий слой 233 в виде двух зон, как это было рассмотрено выше в отношении первого участка 214 (поверхность диффузного отражения) и второго участка 216 (поверхность зеркального отражения), в частности в виде локальных элементов 217).In order to protect the first structure 210 and the second structure 220 from the environment (dust, oil, shock, etc.), as can be seen in FIG. 12, the target 200 includes a protective plate 230 of a transparent material, in particular glass, covering the first structure 210 and the second structure 220 from the side of the active surface 202. According to one possible embodiment, as shown in FIG. 12, the target 200 contains the following items as a package. The bottom wall 231, on top of which a plate 232 is installed, in the center of which a cutout is made that defines the boundaries of the housing 219, the boundary of which on the side of the active surface 202 is defined by a window 218. From above, the plate 232 is covered by a protective plate 230 that closes the housing 219. All these elements are together surrounded a cylindrical wall 234 that holds the entire target 200. The second structure 220 is, for example, a silicon wafer enclosed in a housing 219 with an inclined surface 222 (which bears relief elements 224 or mirror elements 225) turned in the direction of the active surface 202. The surface the upper plate 232, facing the active surface 202, contains a reflective layer 233 in the form of two zones, as discussed above in relation to the first section 214 (diffuse reflection surface) and the second section 216 (specular reflection surface), in particular in the form of local elements 217).

Кроме того, мишень 200 может быть оснащена средствами радиочастотной идентификации РЧИД (RFID, Radio Frequency Identification) (не показаны), чтобы обеспечить возможность сохранения и считывания уникального идентификатора, и данных, касающихся мишени 200, и возможно относящихся к держателю 310 инструмента (см. фиг. 1 и 5), на котором предположительно должна быть установлена мишень 200. Указанные данные могут содержать: например, справочную информацию о держателе 310 инструмента и другую информацию, связанную с использованием данного держателя инструмента (к примеру, серийный номер держателя, тип держателя, регулировку держателя относительно центра материала или относительно держателя 320 обрабатываемой детали, число раз использования держателя инструмента и т.п.). На фиг. 5, 9 и 16 мишень 200 (а, где применимо, то и микросхема RFID) установлена на части держателя 310 инструмента, образующей зажим.In addition, the target 200 may be equipped with RFID (Radio Frequency Identification) means (not shown) to enable the storage and reading of a unique identifier and data regarding the target 200, and possibly related to the tool holder 310 (see. 1 and 5) on which the target 200 is supposed to be mounted. The specified data may include: for example, reference information about the tool holder 310 and other information associated with the use of this tool holder (for example, holder serial number, holder type, holder adjustment relative to the center of the material or relative to the workpiece holder 320, the number of times the tool holder is used, and the like). In FIG. 5, 9, and 16, a target 200 (and, where applicable, an RFID chip) is mounted on the clip portion of the tool holder 310.

Далее, согласно фиг. 8, будет рассмотрена оптическая система 100, связанная с только что описанной мишенью 200, которые вместе образуют оптическое измерительное устройство 10, которое позволяет проводить измерение взаимного положения двух объектов по трем пространственным координатам, и, таким образом измерение положения держателя 320 детали относительно держателя 310 инструмента, или положения обрабатываемой детали 322 относительно инструмента 312. В частности, ортогональное пространство рассматривается в декартовой системе координат (осей) X, Y и Z, которая указана на чертежах. Оптическая система 100 предназначена для одновременной регистрации, за одну и ту же последовательность экспозиций (съемок) как изображения первой структуры 210 мишени 200, так и изображения второй структуры 220 мишени 200. Согласно настоящему описанию, такой одновременный захват двух изображений осуществляется без фокусирования, что дает высокую скорость выполнения съемки. Другие свойства, связанные, в частности, с особенностью конструкции мишени 200, которая была рассмотрена выше, также позволяют добиться максимальной точности. Трехкоординатное оптическое измерительное устройство 10, соответствующее настоящему изобретению, за

Figure 00000001
секунды или быстрее способно выполнять воспроизводимое измерение взаимного положения объектов с погрешностью 1 мкм или менее.Further, according to FIG. 8, an optical system 100 will be considered associated with the target 200 just described, which together form an optical measuring device 10 which allows the measurement of the relative position of two objects in three spatial coordinates, and thus the measurement of the position of the workpiece holder 320 relative to the tool holder 310 , or the position of the workpiece 322 relative to the tool 312. In particular, the orthogonal space is considered in the Cartesian coordinate system (axes) X, Y and Z, which is indicated in the drawings. The optical system 100 is designed to simultaneously capture, in the same sequence of exposures (shootings), both the image of the first structure 210 of the target 200 and the image of the second structure 220 of the target 200. According to the present description, such simultaneous capture of two images is carried out without focusing, which gives high shooting speed. Other properties, related in particular to the design feature of the target 200 discussed above, also make it possible to achieve maximum accuracy. Three-dimensional optical measuring device 10 according to the present invention, for
Figure 00000001
seconds or faster is capable of performing a reproducible measurement of the relative position of objects with an error of 1 µm or less.

Оптическая система 100 содержит первую съемочную систему 110 и вторую съемочную систему 120. Согласно одному варианту осуществления, указанная оптическая система 100 устроена так, что разность между фокусным расстоянием второй съемочной системы 120 и фокусным расстоянием первой съемочной системы 110 лежит в интервале между минимальным расстоянием и максимальным расстоянием, отделяющим базовую поверхность 212 от наклонной поверхности 222. Согласно другому варианту осуществления, глубина резко изображаемого пространства (DOF1) первой съемочной системы 110 гораздо больше, в частности, по меньшей мере в десять раз больше глубины резко изображаемого пространства (DOF2) второй съемочной системы 120. Например, превышение глубины резко изображаемого пространства DOF1 первой съемочной системы 110 над глубиной резко изображаемого пространства DOF2 второй съемочной системы 120 составляет 10-10000 раз, или 100-5000 раз. Среди разных возможных характеристик: DOF1 первой съемочной системы 110 больше или равна 0,8 мм, или находится в интервале 0,5-5 мм включительно, или в интервале 0,8-3 мм включительно, или же в интервале 1-2 мм включительно. Также среди разных возможных характеристик: DOF2 второй съемочной системы 120 меньше или равна 0,1 мм, или находится в интервале 5-50 мкм включительно, или в интервале 8-30 мкм включительно, или же в интервале 10-20 мкм включительно.The optical system 100 includes a first imaging system 110 and a second imaging system 120. According to one embodiment, said optical system 100 is configured such that the difference between the focal length of the second imaging system 120 and the focal length of the first imaging system 110 lies between a minimum distance and a maximum distance. the distance separating the base surface 212 from the sloped surface 222. According to another embodiment, the depth of field (DOF1) of the first imaging system 110 is much larger, in particular at least ten times the depth of field (DOF2) of the second imaging system 120. For example, the depth of field DOF1 of the first camera system 110 exceeds the depth of field DOF2 of the second camera system 120 by 10-10000 times, or 100-5000 times. Among the different possible characteristics: DOF1 of the first imaging system 110 is greater than or equal to 0.8 mm, or is in the range of 0.5-5 mm inclusive, or in the range of 0.8-3 mm, inclusive, or in the range of 1-2 mm, inclusive . Also among the different possible characteristics: DOF2 of the second imaging system 120 is less than or equal to 0.1 mm, or is in the range of 5-50 µm inclusive, or in the range of 8-30 µm, inclusive, or in the range of 10-20 µm, inclusive.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, первая съемочная система 110 выполнена так, что ее задняя фокальная плоскость F1 может соответствовать базовой поверхности 212 первой структуры 210, а вторая съемочная система 120 выполнена так, что ее задняя фокальная плоскость F2 может пересекать наклонную поверхность 222 трехкоординатной мишени 200.According to one embodiment of the invention, the first imaging system 110 is configured such that its rear focal plane F1 can correspond to the base surface 212 of the first structure 210, and the second imaging system 120 is configured such that its rear focal plane F2 can intersect the inclined surface 222 of the three-coordinate target 200 .

Когда объектом, наблюдаемым оптической системой 100, является мишень 200, первая съемочная система 110 сама по себе способна без какой-либо регулировки фокусироваться на базовой поверхности 212 первой структуры 210 в интервале расстояний между мишенью 200 и первой съемочной системой 110, которое может меняться в пределах нескольких миллиметров. Параллельно этому вторая съемочная система 120 сама по себе способна без какой-либо регулировки фокусироваться на участке наклонной поверхности 222 второй структуры 210, который находится на расстоянии от второй съемочной системы 120, соответствующем фокусному расстоянию второй съемочной системы 120. В соответствии с одним возможным вариантом, увеличение первой съемочной системы 110 меньше, чем увеличение второй съемочной системы 120.When the object observed by the optical system 100 is the target 200, the first imaging system 110 is itself capable, without any adjustment, of focusing on the base surface 212 of the first structure 210 in the range of distances between the target 200 and the first imaging system 110, which can vary within a few millimeters. In parallel, the second imaging system 120 is itself capable, without any adjustment, of focusing on a portion of the sloped surface 222 of the second structure 210 that is at a distance from the second imaging system 120 corresponding to the focal length of the second imaging system 120. According to one possible embodiment, the magnification of the first imaging system 110 is less than that of the second imaging system 120.

Согласно одной возможной схеме, оптическая система 100 устроена так, что оптический тракт первой съемочной системы 110 и оптический тракт второй съемочной системы 120 имеют общий участок, расположенный на оптической оси О оптической системы 100, и включающий в себя заднюю фокальную плоскость F1 первой съемочной системы 110 и заднюю фокальную плоскость F2 второй съемочной системы 120. В этом случае оптическая система 100 предпочтительно построена так, что оптический тракт, который берет начало от объекта, проходит по меньшей мере через часть одной из съемочных систем (110, 120), прежде чем достичь другой из съемочных систем (120, 110).According to one possible design, the optical system 100 is configured such that the optical path of the first imaging system 110 and the optical path of the second imaging system 120 have a common area located on the optical axis O of the optical system 100, and including the rear focal plane F1 of the first imaging system 110 and the rear focal plane F2 of the second imaging system 120. In this case, the optical system 100 is preferably constructed such that the optical path that originates from the object passes through at least part of one of the imaging systems (110, 120) before reaching the other from survey systems (120, 110).

Согласно одному возможному варианту осуществления, первая система 112 получения изображений первой съемочной системы 110 и вторая система 122 получения изображений второй съемочной системы 120 синхронизированы с целью одновременной регистрации первого изображения посредством первой съемочной системы 110, и второго изображения посредством второй съемочной системы 120. В данном случае понятно, что мишень и оптическая система 100 являются частью измерительного оптического устройства 10, которое выполнено с возможностью за один этап формирования изображения мишени 200 оптической системой 100 определить по трем координатам положение держателя 320 обрабатываемой детали относительно держателя 310 инструмента. В данном случае, за один этап формирования изображения концевого участка 313 инструмента, установленного в держателе 310 инструмента, посредством оптической системы 100, можно определить профиль концевого участка 313 инструмента 312, установленного в держателе 310 инструмента, и, в частности, пространственный (3D) профиль концевого участка 313 инструмента 312, установленного в держателе 310 инструмента.According to one exemplary embodiment, the first imaging system 112 of the first imaging system 110 and the second imaging system 122 of the second imaging system 120 are synchronized to simultaneously capture the first image by the first imaging system 110 and the second image by the second imaging system 120. In this case, it is clear that the target and optical system 100 are part of the measuring optical device 10, which is configured to determine the position of the workpiece holder 320 relative to the tool holder 310 in one step of imaging the target 200 by the optical system 100. In this case, in one step of imaging the end portion 313 of the tool mounted in the tool holder 310, by means of the optical system 100, it is possible to determine the profile of the end portion 313 of the tool 312 mounted in the tool holder 310, and in particular, the spatial (3D) profile the end portion 313 of the tool 312 installed in the tool holder 310.

Как уже было сказано выше, чтобы первая съемочная система 110 и вторая съемочная система 120 могли одновременно «видеть» мишень 200, у указанных систем имеется общий участок оптического тракта, который направлен вперед и берет начало от объекта, за которым ведет наблюдение оптическая система 100; в данном случае от мишени 200 (см. фиг. 6 и 8), после того, как мишень будет установлена на держателе 310 инструмента, а оптическая система 100 - на держателе 320 детали. С этой целью в измерительном рабочем положении первая съемочная система 110 обращена в сторону активной поверхности 202 мишени 200, и образует съемочную систему, центрированную с мишенью 200, при этом второй съемочной системе 120 соответствует оптический тракт 126, который встречается с оптическим трактом 116 первой съемочной системы 110 (которая центрирована с мишенью 200) и образует съемочную систему, которая смещена относительно мишени 200 относительно оптической оси О оптической системы 100, и относительно общего участка оптических трактов 116 и 126, который центрирован с мишенью. Другими словами, оптический тракт съемочной системы, центрированный с мишенью 200, ориентирован, по существу, под прямым углом к базовой поверхности 212.As mentioned above, in order for the first imaging system 110 and the second imaging system 120 to simultaneously "see" the target 200, these systems have a common section of the optical path, which is directed forward and originates from the object monitored by the optical system 100; in this case, from target 200 (see FIGS. 6 and 8), after the target has been placed on the tool holder 310 and the optics 100 on the part holder 320. To this end, in the measuring working position, the first imaging system 110 faces the active surface 202 of the target 200, and forms an imaging system centered with the target 200, while the second imaging system 120 corresponds to the optical path 126, which meets the optical path 116 of the first imaging system. 110 (which is centered with the target 200) and forms a survey system that is offset relative to the target 200 relative to the optical axis O of the optical system 100, and relative to the common portion of the optical paths 116 and 126, which is centered with the target. In other words, the optical path of the imaging system, centered on the target 200, is oriented at a substantially right angle to the reference surface 212.

В частности, как показано на фиг. 6 и 8, первая съемочная система 110 обращена в сторону активной поверхности 202 мишени 200, другими словами, ориентирована под прямым углом к активной поверхности 202 мишени 200. Это означает, что оптическая ось О и общий участок оптических трактов 116 и 126 центрирован с мишенью 200 и расположен перпендикулярно к активной поверхности 202 (а, следовательно, к базовой поверхности 212) мишени 200. При такой конфигурации, как можно видеть на фиг. 6 и 8, оптическая ось О и общий участок оптических трактов 116 и 126 параллельны главному направлению Z, и ортогональны к поперечным направлениям X и Y, и плоскости X, Y.In particular, as shown in FIG. 6 and 8, the first imaging system 110 faces the active surface 202 of the target 200, in other words, is oriented at right angles to the active surface 202 of the target 200. This means that the optical axis O and the common portion of the optical paths 116 and 126 are centered with the target 200 and is perpendicular to the active surface 202 (and therefore base surface 212) of the target 200. With this configuration, as can be seen in FIG. 6 and 8, the optical axis O and the common portion of the optical paths 116 and 126 are parallel to the main Z direction, and orthogonal to the X and Y transverse directions and the X, Y plane.

Согласно одному варианту осуществления, фокусное расстояние второй съемочной системы 120 больше фокусного расстояния первой съемочной системы 110. Например, разность фокусных расстояний второй съемочной системы 120 и первой съемочной системы 110 находится в интервале от 0.5 мм до 5 мм включительно.According to one embodiment, the focal length of the second imaging system 120 is greater than the focal length of the first imaging system 110. For example, the focal length difference between the second imaging system 120 and the first imaging system 110 is in the range of 0.5 mm to 5 mm, inclusive.

Согласно одному варианту осуществления, увеличение первой съемочной системы 110 меньше или равно увеличению второй съемочной системы 120. Например, увеличение первой съемочной системы составляет 0,2-1 (включительно) увеличения второй съемочной системы 120. К примеру, увеличение первой съемочной системы 110 лежит в интервале 0,3-0,8 (включительно) или 0,4-0,6 (включительно) увеличения второй съемочной системы, а предпочтительно составляет приблизительно 0,5 увеличения второй съемочной системы 120.According to one embodiment, the magnification of the first imaging system 110 is less than or equal to that of the second imaging system 120. For example, the magnification of the first imaging system is 0.2-1 (inclusive) of the magnification of the second imaging system 120. For example, the magnification of the first imaging system 110 lies in between 0.3-0.8 (inclusive) or 0.4-0.6 (inclusive) magnifications of the second imaging system, and preferably is approximately 0.5 magnifications of the second imaging system 120.

В варианте осуществления, изображенном на фиг. 6 и 8, оптическая система 100 также содержит осветитель 140, упомянутый выше в отношении фиг. 1-4, который ориентирован в направлении держателя 310 инструмента, и может быть направлен в сторону трехкоординатной мишени 200, при этом осветитель 140 расположен так, чтобы обеспечить боковое освещение мишени 200. С этой целью данный осветитель 140 расположен со смещением от центра, и наклонен относительно оптического тракта 116+126 оптической системы 100. В частности, световые лучи от осветителя 140 образуют с базовой поверхностью 212 мишени угол, так что их зеркальное отражение от отражающих поверхностей мишени, и в частности, локальных зон 217, формирует отраженные световые лучи, которые не попадают в оптическую систему 100. Аналогично, когда наклонная поверхность 222 содержит зеркальные элементы 225, отражение световых лучей, приходящих от осветителя 140, от указанных зеркальных элементов 225 не попадает в оптическую систему 100.In the embodiment depicted in FIG. 6 and 8, the optical system 100 also includes the illuminator 140 mentioned above with respect to FIGS. 1-4, which is oriented in the direction of the tool holder 310, and can be directed towards the three-coordinate target 200, while the illuminator 140 is located so as to provide side illumination of the target 200. To this end, this illuminator 140 is located off-center, and tilted relative to the optical path 116+126 of the optical system 100. In particular, the light rays from the illuminator 140 form an angle with the base surface 212 of the target, so that their specular reflection from the reflective surfaces of the target, and in particular, local zones 217, forms reflected light rays, which do not enter the optical system 100. Similarly, when the inclined surface 222 includes mirror elements 225, the reflection of light rays coming from the illuminator 140 from these mirror elements 225 does not enter the optical system 100.

Согласно одному варианту осуществления, первая используемая съемочная система 110 и вторая используемая съемочная система 120 являются телецентрическими. Телецентричность - это характеристика оптической системы, при которой все основные лучи (центральный луч каждого пучка, состоящего из лучей), которые проходят через систему, являются практически коллимированными и параллельными оптической оси. В случае телецентрической оптики понятие глубины резко изображаемого пространства заменяется понятием рабочего расстояния. Согласно другому варианту осуществления, одна из съемочных систем: первая система 110 или вторая система 120 не является телецентрической или обе системы не являются телецентрическими. В случае, когда обе системы являются телецентрическими, они также могут быть использованы для измерения геометрических характеристик обрабатывающего инструмента, расположенного на держателе 310 инструмента, о чем шла речь выше и будет идти дальше в настоящем тексте.According to one embodiment, the first usable survey system 110 and the second usable survey system 120 are telecentric. Telecentricity is a characteristic of an optical system in which all of the primary beams (the center beam of each beam of beams) that pass through the system are substantially collimated and parallel to the optical axis. In the case of telecentric optics, the concept of the depth of the sharply depicted space is replaced by the concept of the working distance. According to another embodiment, one of the imaging systems: the first system 110 or the second system 120 is not telecentric, or both systems are not telecentric. In the case where both systems are telecentric, they can also be used to measure the geometric characteristics of the machining tool located on the tool holder 310, as discussed above and will be discussed further in this text.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, обрабатывающий модуль 300 содержит рассмотренную выше мишень 200, установленную на держателе 310 инструмента (см. фиг. 1). У мишени 200 имеется активная поверхность 202, которая образует отсчетную базу для позиционирования, которая может быть расположена на оптической оси О оптической системы 100, когда держатель инструмента находится в заданном угловом положении относительно оси X (после поворота, как показано стрелкой R на фиг. 1) и в заданном осевом положении вдоль оси X (см. фиг. 6, 7 и 8), за счет чего создается начальное положение держателя 310 инструмента относительно держателя 320 детали. В данном начальном положении мишень 200 расположена так, что задняя фокальная плоскость оптической системы 100 может совпадать с активной поверхностью 202 мишени. В частности (помимо других возможных вариантов) в указанном начальном положении мишень 200 расположена так, что задняя фокальная плоскость F1 первой съемочной системы 110 оптической системы 100 может совпадать активной поверхностью 202 мишени (см. фиг. 12), и так, что задняя фокальная плоскость F2 второй съемочной системы 120 может пересекать наклонную поверхность 222 мишени 200 (фокусное расстояние второй съемочной системы 120 позволяет расположить задний фокус F2 второй съемочной системы 120 на второй структуре 220 мишени 200).According to one embodiment of the invention, the processing module 300 comprises the target 200 discussed above mounted on a tool holder 310 (see FIG. 1). The target 200 has an active surface 202 that forms a positioning reference that can be located on the optical axis O of the optical system 100 when the tool holder is at a predetermined angular position with respect to the X axis (after rotation, as indicated by the arrow R in Fig. 1 ) and at a predetermined axial position along the X-axis (see FIGS. 6, 7 and 8), thereby creating the initial position of the tool holder 310 relative to the workpiece holder 320. In this initial position, the target 200 is positioned such that the rear focal plane of the optical system 100 can coincide with the active surface 202 of the target. In particular (in addition to other possible options) in the specified initial position, the target 200 is located so that the rear focal plane F1 of the first imaging system 110 of the optical system 100 can coincide with the active surface 202 of the target (see Fig. 12), and so that the rear focal plane F2 of the second imaging system 120 may intersect the sloped surface 222 of the target 200 (the focal length of the second imaging system 120 allows the back focus F2 of the second imaging system 120 to be positioned on the second structure 220 of the target 200).

Далее, согласно фиг. 1 и 6, будет рассмотрен способ трехкоординатного оптического измерения расстояний между мишенью 200 и оптической системой 100 в случае станочной системы, у которой обрабатывающий модуль 300 содержит оптическое устройство 10. Отсчетными направлениями X, Y и Z являются отсчетные направления станочной системы, в частности система координат станочной системы, которая дает вертикальное направление X (или первую поперечную ось), главное горизонтальное направление Z (или главную ось) и поперечное горизонтальное направление Y (или вторую поперечную ось). Мишень 200 помещена на держатель 310 инструмента (см. фиг. 5): держатель 310 инструмента проходит в главном горизонтальном направлении, которое соответствует оси X, с возможностью вращения вокруг оси X. С этой целью, часть держателя 310 инструмента, например, зажим (патрон), содержит углубления на своей периферической поверхности, обычно предназначенные для посадки приспособления, обеспечивающего захват/освобождение зажима, и в которые может быть помещена мишень 200, возможно связанная с микросхемой RFID, о чем говорилось ранее. Кроме того, оптическая система 100 установлена на держателе 320 детали (см. фиг. 1), который принимает в себя подлежащую обработке деталь 322. Держатель 320 детали проходит вдоль своего главного горизонтального направления, соответствующего оси Z, и имеет возможность вращения вокруг оси Z. Затем, перед этапом станочной обработки, держатель 320 детали и держатель 310 инструмента устанавливают в близкое друг к другу положение, так чтобы инструмент 312 и подлежащая обработке деталь находились в близости друг к другу, в позиции измерения взаимного расположения. Расположение мишени 200 на держателе 310 инструмента и расположение оптической системы 100 на держателе 320 детали позволяет в данной позиции измерения взаимного расположения расположить мишень 200, а точнее базовую поверхность 202, на продолжении оптической оси О оптической системы 100 (следует отметить, что указанная оптическая ось О параллельна направлению Z). Таким образом, базовая поверхность 202 мишени 200 обращена к входному зрачку 102 оптической системы 100.Further, according to FIG. 1 and 6, a method for three-dimensional optical measurement of distances between the target 200 and the optical system 100 will be discussed in the case of a machine tool system in which the processing module 300 includes an optical device 10. The reference directions X, Y and Z are the reference directions of the machine system, in particular the coordinate system a machine tool system that gives a vertical X direction (or first transverse axis), a main horizontal direction Z (or main axis), and a transverse horizontal Y direction (or second transverse axis). The target 200 is placed on the tool holder 310 (see Fig. 5): the tool holder 310 extends in the main horizontal direction, which corresponds to the X axis, with the possibility of rotation around the X axis. To this end, a part of the tool holder 310, for example, a clamp ) has depressions on its peripheral surface, typically intended to receive a grip/release tool, and into which a target 200, possibly associated with an RFID chip, as previously discussed, can be placed. In addition, the optical system 100 is mounted on a workpiece holder 320 (see FIG. 1) which receives a workpiece 322 to be processed. The workpiece holder 320 extends along its main horizontal direction corresponding to the Z axis and is rotatable about the Z axis. Then, before the machining step, the workpiece holder 320 and the tool holder 310 are placed in a position close to each other so that the tool 312 and the workpiece to be machined are in close proximity to each other, at the relative position measurement position. The location of the target 200 on the tool holder 310 and the location of the optical system 100 on the workpiece holder 320 allows, in a given position for measuring the relative position, the target 200, or rather the base surface 202, to be located on the continuation of the optical axis O of the optical system 100 (it should be noted that the specified optical axis O parallel to the Z direction). Thus, the base surface 202 of the target 200 faces the entrance pupil 102 of the optical system 100.

Как представлено на фиг. 1, оптическое устройство 10 также содержит третью съемочную систему 130, расположенную на держателе 310 инструмента, и выполненную с возможностью регистрации ориентации активной поверхности 202 мишени 200 и/или углового положения вращающейся части держателя 310 инструмента, в частности, относительно оси X. Предварительный дополнительный этап позиционирования мишени 200 выполняют перед этапом одновременной съемки при помощи оптической системы 100, согласно которому:As shown in FIG. 1, the optical device 10 also includes a third imaging system 130 located on the tool holder 310 and configured to register the orientation of the active surface 202 of the target 200 and/or the angular position of the rotating part of the tool holder 310, in particular with respect to the X axis. positioning of the target 200 is performed before the stage of simultaneous shooting using the optical system 100, according to which:

- держатель 310 инструмента и держатель 320 детали располагают так, чтобы активная поверхность 202 трехкоординатной мишени 200 оказалась на оптической оси О оптической системы 100. В частности, третья съемочная система 130 может быть использована для регистрации углового положения мишени 200 относительно вращающейся части держателя 310 инструмента, а следовательно относительно оси X, что делает возможным производить изменение (если необходимо) углового положения вращающейся части держателя 310 инструмента (см. стрелку R на фиг. 1), и таким образом расположения мишени 200 так, чтобы активная поверхность 202 была обращена в сторону оптической системы 100. Позиция измерения взаимного расположения получается, когда мишень 200 ориентирована в направлении оптической системы 100, как было рассмотрено выше для случая фиг 6 и 8: в этом случае направление Z проходит между мишенью 200 и оптической системой 100.- the tool holder 310 and the workpiece holder 320 are positioned so that the active surface 202 of the three-coordinate target 200 is on the optical axis O of the optical system 100. In particular, the third imaging system 130 can be used to record the angular position of the target 200 relative to the rotating part of the tool holder 310, and therefore relative to the X axis, which makes it possible to change (if necessary) the angular position of the rotating part of the tool holder 310 (see arrow R in Fig. 1), and thus the position of the target 200 so that the active surface 202 faces the optical system 100. The relative position measurement position is obtained when the target 200 is oriented in the direction of the optical system 100, as discussed above for the case of Figs 6 and 8: in this case, the Z direction passes between the target 200 and the optical system 100.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, оптическое устройство 10 дополнительно содержит третью съемочную систему 130, расположенную на держателе 310 инструмента, и выполненную с возможностью определения угловой ориентации держателя 310 инструмента относительно оси X. При наличии мишени 200 третья съемочная система 130 позволяет также (или позволяет только) определять ориентацию активной поверхности 202 мишени 200 относительно оси X держателя 310 инструмента.According to one embodiment of the invention, the optical device 10 further comprises a third imaging system 130 located on the tool holder 310 and configured to determine the angular orientation of the tool holder 310 relative to the X-axis. With the target 200, the third imaging system 130 also allows (or only allows ) determine the orientation of the active surface 202 of the target 200 with respect to the X-axis of the tool holder 310.

При первом использовании оптического устройства 10 (а именно, оптической системы 100 и связанной с ней мишени 200), соответственно установленных на держателе 320 детали и на держателе 310 инструмента, должен быть выполнен предварительный дополнительный этап пространственной привязки положения мишени 200 относительно держателя 310 инструмента (который несет на себе мишень 200) по трем направлениям X, Y и Z. Следует отметить, что параметры оптической системы 100, а именно, первой съемочной системы 110 и второй съемочной системы 120 известны, включая их фокусные расстояния. На этой стадии можно отметить, что, когда рабочее пространство обрабатывающего модуля 300 ограниченно и поддерживается при постоянной температуре, его тепловая стабильность обуславливает стабильность размеров оптического устройства 10 и, следовательно, его параметров.When first using the optical device 10 (namely, the optical system 100 and the associated target 200), respectively mounted on the part holder 320 and on the tool holder 310, a preliminary additional step of spatially referencing the position of the target 200 relative to the tool holder 310 (which carries the target 200) in the three directions X, Y, and Z. It should be noted that the parameters of the optical system 100, namely the first imaging system 110 and the second imaging system 120, are known, including their focal lengths. At this stage, it can be noted that when the working space of the processing module 300 is limited and maintained at a constant temperature, its thermal stability determines the stability of the dimensions of the optical device 10 and, therefore, its parameters.

Стоит напомнить, что трехкоординатное измерение взаимного расположения мишени 200 и оптической системы 100 используется в случае станочной системы, чтобы конечном итоге знать в форме координат X, Y и Z пространственное взаимное расположение держателя 310 инструмента и держателя 320 детали.It is worth recalling that the three-dimensional measurement of the relationship between the target 200 and the optical system 100 is used in the case of a machine tool system to ultimately know, in the form of X, Y, and Z coordinates, the spatial relationship between the tool holder 310 and the workpiece holder 320.

В данном описании три направления X, Y и Z представляют собой, например, оси обрабатывающего модуля 300 станочной системы. Таким образом, направление Z может быть определено в качестве главной оси, а именно главного горизонтального направления, отделяющего первый объект (держатель 310 инструмента) от второго объекта (держателя 320 детали). Направление X может быть определено в качестве вертикального направления (или в более общем смысле - первой поперечной оси), а направление Y может быть определено в качестве поперечного горизонтального направления (или в более общем смысле - второй поперечной оси. Согласно одному варианту осуществления, держатель 310 инструмента вращается вокруг оси, параллельной направлению X.In this description, the three directions X, Y, and Z are, for example, the axes of the processing unit 300 of the machine tool system. Thus, the Z direction can be defined as the main axis, namely the main horizontal direction separating the first object (tool holder 310) from the second object (workpiece holder 320). The X direction may be defined as the vertical direction (or more generally the first transverse axis), and the Y direction may be defined as the transverse horizontal direction (or more generally the second transverse axis. In one embodiment, the holder 310 tool rotates about an axis parallel to the X direction.

На данном этапе пространственной привязки положения мишени 200 по трем координатам X, Y и Z (калибровки оптического устройства 10), например, при схеме, соответствующей фиг. 6 и 9, производят съемку посредством оптической системы 100, которая приводит, с одной стороны, к формированию первой системой 112 получения изображений, принадлежащей первой съемочной системе 110, первого резко сфокусированного изображения всей активной поверхности 202 мишени 200 со всей базовой поверхностью 212, а с другой стороны - к формированию второй системой 122 получения изображений, принадлежащей второй съемочной системе 120, второго изображения всей наклонной поверхности 222 мишени 200 с единственной резко изображаемой зоной в форме горизонтальной полосы. Указанное первое изображение содержит изображение локальных зон 217, которые в данном случае ограничивают собой квадрат (см. фиг. 10), так что обработка первого изображения дает диагонали С1 и С2 квадрата, и делает возможным определение центра С3 квадрата. Соответственно, поскольку положение оптической оси О на первом изображении известно, определение положения центра С3 квадрата дает возможность узнать в координатах X и координатах Y положение мишени 200 относительно оптической оси О, но также, с одной стороны, относительно ориентира 314 в направлении X на держателе 310 инструмента, и, с другой стороны, относительно ориентира 316 в направлении Y на держателе 310 инструмента. Фактически, как можно видеть на фиг. 6 и 9, в качестве привязки в направлении X используется поверхность держателя 310 инструмента, которая ортогональна оси X, например, образована заплечиком на корпусе держателя 310 инструмента, который на первом изображении смотрится в виде линии, и поверхность которого образует ориентир 314 в направлении X (см. фиг. 9). Кроме того, как можно видеть на фиг. 6 и 9, в качестве привязки в направлении Y используется габаритный размер держателя 310 инструмента вблизи мишени 200, который ортогонален оси X, и который в изображенном случае представляет собой ширину (параллельно направлению Y) держателя 310 инструмента вблизи мишени 200, например, диаметр, когда данная часть держателя 310 инструмента является цилиндрической с круговым сечением; данный размер (габарит) образует ориентир 316 в направлении Y.At this stage of the spatial referencing of the position of the target 200 in three coordinates X, Y and Z (calibration of the optical device 10), for example, in the scheme corresponding to Fig. 6 and 9, the image is taken by means of the optical system 100, which leads, on the one hand, to the formation by the first imaging system 112 belonging to the first image system 110 of a first sharply focused image of the entire active surface 202 of the target 200 with the entire base surface 212, and with on the other hand, to the formation by the second imaging system 122 belonging to the second imaging system 120 of a second image of the entire inclined surface 222 of the target 200 with a single sharply imaged zone in the form of a horizontal strip. Said first image contains an image of local areas 217 which in this case define a square (see FIG. 10) so that processing of the first image yields the diagonals C1 and C2 of the square and makes it possible to determine the center C3 of the square. Accordingly, since the position of the optical axis O in the first image is known, determining the position of the center C3 of the square makes it possible to know in X coordinates and Y coordinates the position of the target 200 relative to the optical axis O, but also, on the one hand, relative to the reference 314 in the X direction on the holder 310 tool, and, on the other hand, with respect to the landmark 316 in the Y direction on the tool holder 310. In fact, as can be seen in FIG. 6 and 9, the X-direction reference uses the surface of the tool holder 310 that is orthogonal to the X-axis, such as formed by a shoulder on the body of the tool holder 310, which appears as a line in the first image, and whose surface forms the X-direction reference 314 ( see Fig. 9). Moreover, as can be seen in FIG. 6 and 9, the overall dimension of the tool holder 310 near the target 200 that is orthogonal to the X axis, and which in the depicted case is the width (parallel to the Y direction) of the tool holder 310 near the target 200, is used as the reference in the Y direction, for example, the diameter when this part of the tool holder 310 is cylindrical with a circular section; this dimension (gauge) forms a landmark 316 in the Y direction.

Параллельно производится обработка второго изображения, пример которого виден на фиг. 15А. Путем анализа локального контраста данного второго изображения (см. фиг. 15В, на которой представлены кривые контраста в зависимости от положения в координатах X) определяется положение Х0 резко изображаемой зоны второго изображения в вертикальном направлении X. Данный анализ выполняется посредством алгоритма, который дает возможность определить наиболее резко изображаемые пиксели изображения. Поскольку наклон наклонной поверхности 222 известен, то может быть получена кривая соответствия между X и Z данной наклонной поверхности 222 конкретной для мишени 200. Благодаря данной кривой соответствия, знание положения Х0 (см. фиг. 15А и 15В) позволяет отсюда получить положение Z0 наклонной поверхности 222 на оптической оси О, а, следовательно, положение по координате Z мишени 200 относительно оптической системы 100. Кроме того, положение по координате Z оптической системы 100 относительно держателя 320 детали известно из данных измерительной линейки (не показана), которая расположена вдоль оси X на держателе 320 детали, который несет на себе оптическую систему 100. Аналогично, известно положение по координате Z мишени 200 относительно ориентира 314 держателя 310 инструмента.In parallel, a second image is processed, an example of which is seen in FIG. 15A. By analyzing the local contrast of this second image (see Fig. 15B, which shows contrast curves depending on the position in X coordinates), the X0 position of the sharpened area of the second image in the vertical X direction is determined. This analysis is performed by an algorithm that makes it possible to determine the sharpest pixels in an image. Since the inclination of the ramp 222 is known, a correspondence curve between X and Z of a given ramp 222 specific to the target 200 can be derived. Through this mapping curve, knowing the position X0 (see FIGS. 15A and 15B) allows the Z0 position of the ramp to be derived from this. 222 on the optical axis O, and hence the Z position of the target 200 relative to the optical system 100. In addition, the Z position of the optical system 100 relative to the workpiece holder 320 is known from the data of a ruler (not shown), which is located along the X axis. on the part holder 320 which carries the optical system 100. Similarly, the Z-position of the target 200 relative to the reference 314 of the tool holder 310 is known.

Путем многократного выполнения данной операции, с каждым разом изменяя расстояние по координате Z держателя 320 детали относительно держателя 310 инструмента (например, путем перемещения держателя 310 инструмента назад и вперед) можно таким образом реконструировать трехмерное изображение наклонной поверхности 222 мишени 200, и получить отсчетную базу, формируя карту декартовых координат наклонной поверхности 222 мишени 200 относительно держателя 310 инструмента. В конечном счете это все касается активной поверхности 202 мишени 200 (базовой поверхности 212 и наклонной поверхности 222), которая в пространстве привязана в трех направлениях X, Y и Z относительно держателя 310 инструмента.By repeatedly performing this operation, each time changing the Z-coordinate distance of the workpiece holder 320 relative to the tool holder 310 (for example, by moving the tool holder 310 back and forth), it is thus possible to reconstruct the three-dimensional image of the inclined surface 222 of the target 200, and obtain a reference base, forming a map of the Cartesian coordinates of the sloped surface 222 of the target 200 relative to the tool holder 310. Ultimately, it's all about the active surface 202 of the target 200 (base surface 212 and ramp 222), which is spatially referenced in the three X, Y, and Z directions relative to the tool holder 310.

Затем, всякий раз, когда это необходимо при операциях использования обрабатывающего модуля 300, оснащенного мишенью 200 и оптической системой 100, может быть выполнено надлежащее измерение без разборки системы между моментами измерения, чтобы сохранить точность измерения пространственной привязки, которая была объяснена выше. С этой целью, к примеру, используют схему фиг. 6. Если необходимо, то выполняют поворот держателя 310 инструмента вокруг его оси вращения, которая параллельна оси X (см. стрелку R на фиг. 1), чтобы центрировать мишень 200 с оптической системой 100. Затем запускают съемку посредством оптической системы 100, что приводит, с одной стороны, к формированию посредством первой системы 112 получения изображений, принадлежащей первой съемочной системе 110, первого резко сфокусированного изображения всей активной поверхности 202 мишени 200 со всей базовой поверхностью 212, а, с другой стороны, к формированию посредством второй системы 122 получения изображений, принадлежащей второй съемочной системе 120, второго изображения всей наклонной поверхности 222 мишени 200 только с одной резко изображаемой зоной в форме горизонтальной полосы, соответствующей фокусному расстоянию второй съемочной системы 120. Анализ первого изображения дает возможность, как говорилось выше, определить центр С3 квадрата, образованного локальными элементами 217, и таким образом по X и по Y определить положение мишени 200 относительно оптической оси О, а также относительно держателя 310 инструмента. Анализ второго изображения, и, в частности, положения резко изображаемой зоны второго изображения (как на фиг. 6) в направлении X дает возможность определить это положение в координатах Z, а следовательно расстояние мишени 200 относительно оптической системы 100. Фактически, что касается второго изображения, поскольку положение по Z каждого пикселя изображения наклонной поверхности 222 относительно ориентиров 314 и 316 держателя 310 инструмента известно, есть возможность очень быстро измерять положение Z мишени 200 и, следовательно, держателя 310 инструмента.Then, whenever necessary in the operations of using the processing module 300 equipped with the target 200 and the optical system 100, a proper measurement can be performed without disassembling the system between measurement points in order to maintain the measurement accuracy of the spatial reference that was explained above. For this purpose, for example, the circuit of FIG. 6. If necessary, rotate the tool holder 310 about its axis of rotation, which is parallel to the X axis (see arrow R in FIG. 1) to center the target 200 with the optical system 100. , on the one hand, to the formation by the first imaging system 112 belonging to the first imaging system 110 of a first sharply focused image of the entire active surface 202 of the target 200 with the entire base surface 212, and, on the other hand, to the formation by the second imaging system 122 belonging to the second imaging system 120, the second image of the entire inclined surface 222 of the target 200 with only one sharply depicted zone in the form of a horizontal strip corresponding to the focal length of the second imaging system 120. Analysis of the first image makes it possible, as mentioned above, to determine the center C3 of the square formed by local elements 217, and yet In order to determine the position of the target 200 relative to the optical axis O, and also relative to the tool holder 310, in X and Y way. Analysis of the second image, and in particular the position of the sharply imaged area of the second image (as in Fig. 6) in the X direction, makes it possible to determine this position in Z coordinates, and therefore the distance of the target 200 relative to the optical system 100. In fact, with regard to the second image Since the Z position of each image pixel of the ramp 222 relative to the references 314 and 316 of the tool holder 310 is known, it is possible to measure the Z position of the target 200 and hence the tool holder 310 very quickly.

Из вышеизложенного следует понимать, что указанным способом, исключительно путем анализа двух изображений, сформированных оптической системой 100, без потери времени на настройку или фокусировку оптической системы 100 можно очень быстро измерять положение мишени 200 относительно оптической системы 100 в координатах X, Y и Z, и таким образом положения держателя 310 инструмента относительно держателя 320 детали. Это возможно благодаря тому, что известно положение оптической системы 100 относительно держателя 320 детали в координатах X, Y и Z. Такая привязка центра материала (держателя 320 детали) относительно держателя 310 инструмента может быть реализована, например, путем установки на держатель 310 инструмента чувствительного органа (щупа), который на первом этапе привязки по координате X входит в контакт с концом щупа на оптической системе 100 с одной стороны, и с держателем 320 детали с другой стороны, что дает расстояние в направлении X между оптической системой 100 и держателем 320 детали. Путем осуществления данных этапов контакта щупов снова после расположения оси держателя 310 инструмента параллельно оси Z держателя детали можно получить расстояние в направлении Z между оптической системой 100 и держателем 310 инструмента. В случае термических изменений, например, теплового расширения различных узлов в станочной системе, указанная процедура измерений позволяет исключить эффект теплового расширения.From the foregoing, it should be understood that in this way, solely by analyzing the two images formed by the optical system 100, without wasting time for adjusting or focusing the optical system 100, it is possible to very quickly measure the position of the target 200 relative to the optical system 100 in the X, Y and Z coordinates, and thus the positions of the tool holder 310 relative to the workpiece holder 320. This is possible due to the fact that the position of the optical system 100 relative to the workpiece holder 320 in X, Y and Z coordinates is known. (stylus), which in the first stage of binding along the X coordinate comes into contact with the end of the probe on the optical system 100 on the one hand, and with the part holder 320 on the other side, which gives the distance in the X direction between the optical system 100 and the part holder 320. By performing these stylus contact steps again after positioning the axis of the tool holder 310 parallel to the Z axis of the workpiece holder, the distance in the Z direction between the optical system 100 and the tool holder 310 can be obtained. In the case of thermal changes, such as thermal expansion of various components in a machine tool system, this measurement procedure makes it possible to eliminate the effect of thermal expansion.

Данная процедура может быть использована для определения положения или профиля концевого участка 313 инструмента 312, установленного в держатель 310 инструмента, посредством оптической системы 100, как будет рассмотрено ниже. Процесс осуществляется в соответствии с вышеприведенным описанием, касающимся пространственной привязки положения мишени 200 по трем координатам X, Y и Z относительно оптической системы 100 с тем отличием, что вместо мишени 200 на оптической оси О оптической системы располагают концевой участок 313 инструмента 312 (см. фиг. 4 и 16). В этом случае понятно, что при включении измерительного устройства 304 вместе используются съемочная система 110 и съемочная система 120 (в частности используются одновременно), и, следовательно, первая система 112 получения изображений и вторая система 122 получения изображений формируют одно (или более) изображение(-ий) концевого участка 313 инструмента 312. Фактически, в положении осуществления измерений концевой участок 313 расположен так, что задняя фокальная плоскость F1 первой съемочной системы 110 оптической системы 100 может совпадать с частью поверхности концевого участка 313, и так, что задняя фокальная плоскость F2 второй съемочной системы 120 может пересекать часть поверхности концевого участка 313. Следовательно, фокусное расстояние второй съемочной системы 120 позволяет задний фокус F2 второй съемочной системы 120 поместить на часть поверхности концевого участка 313.This procedure can be used to determine the position or profile of the end portion 313 of the tool 312 installed in the tool holder 310 through the optical system 100, as will be discussed below. The process is carried out in accordance with the above description regarding the spatial reference of the position of the target 200 in three coordinates X, Y and Z relative to the optical system 100 with the difference that instead of the target 200 on the optical axis O of the optical system, the end section 313 of the tool 312 is located (see Fig. .4 and 16). In this case, it is understood that when the measuring device 304 is turned on, the imaging system 110 and the imaging system 120 are used together (in particular, they are used simultaneously), and therefore the first imaging system 112 and the second imaging system 122 form one (or more) images( th) of the end portion 313 of the instrument 312. In fact, at the measurement position, the end portion 313 is positioned such that the rear focal plane F1 of the first imaging system 110 of the optical system 100 may coincide with part of the surface of the end portion 313, and such that the rear focal plane F2 the second imaging system 120 may intersect part of the surface of the end portion 313. Therefore, the focal length of the second imaging system 120 allows the back focus F2 of the second imaging system 120 to be placed on a portion of the surface of the end portion 313.

Понятно, что изображение, зарегистрированное второй съемочной системой 120, позволяет посредством зоны резкой фокусировки получить точную информацию о расстоянии по оси Z положения концевого участка 313 инструмента 312 относительно оптической системы 100 (и, следовательно, держателя 320 детали), а изображение, зарегистрированное первой съемочной системой 110, представляет собой изображение всей видимой поверхности концевого участка 313 инструмента 312, при этом все изображение или большая часть изображения является резко сфокусированной. Данное изображение концевого участка 313, зарегистрированное первой съемочной системой 110, позволяет построить карту концевого участка 313 инструмента 312, содержащую изображение линии края концевого участка 313 инструмента 312, которая видна в проекции вдоль оси Z, и образует профиль или часть профиля концевого участка 313.It is clear that the image recorded by the second imaging system 120 makes it possible, by means of a zone of sharp focus, to obtain accurate information about the distance along the Z axis of the position of the end portion 313 of the tool 312 relative to the optical system 100 (and, therefore, the workpiece holder 320), and the image recorded by the first shooting system 110 is an image of the entire visible surface of the end portion 313 of the tool 312, with all or most of the image in sharp focus. This image of the end section 313, registered by the first imaging system 110, allows you to build a map of the end section 313 of the tool 312, containing the image of the edge line of the end section 313 of the tool 312, which is visible in the projection along the Z axis, and forms a profile or part of the profile of the end section 313.

Поэтому, в соответствии с третьей возможностью, касающейся способа определения профиля инструмента 312, как было описано выше, во время включения измерительного устройства 304 используется первая съемочная система 110 и, следовательно, первая система 112 получения изображений, которая формирует одно (или более) изображение(-ий) концевого участка 313 инструмента 312. Анализ указанного изображения позволяет определить край инструмента, как его «видит» первая съемочная система. Это край, т.е. контур концевого участка 313 инструмента 312, видимый в проекции на плоскость (X, Y) ортогональную направлению Z, которая сама параллельна оптической оси О оптической системы. Таким образом, форма (в данном случае линия) края инструмента 312 так, как она определена из изображения, зарегистрированного первой съемочной системой 110, дает информацию о геометрии концевого участка 313 инструмента 312, установленного в держателе 310 в момент регистрации изображения. Данное изображение также позволяет рассмотреть режущую кромку или кромки (в проекции), как их «видит» первая съемочная система 110. Такое рассмотрение осуществляется в отношении как положения, в частности, относительно края, так и геометрии (формы изображения линии, соответствующей режущей кромке).Therefore, according to the third possibility regarding the method of determining the profile of the tool 312, as described above, at the time of turning on the measuring device 304, the first imaging system 110 is used, and therefore the first imaging system 112, which forms one (or more) images ( th) end portion 313 of tool 312. Analysis of said image makes it possible to determine the edge of the tool as it is "seen" by the first imaging system. This is the edge, i.e. the contour of the end portion 313 of the tool 312 as seen in projection onto a plane (X, Y) orthogonal to the Z direction, which is itself parallel to the optical axis O of the optical system. Thus, the shape (in this case a line) of the edge of the tool 312 as determined from the image captured by the first imaging system 110 provides information about the geometry of the end portion 313 of the tool 312 mounted in the holder 310 at the time the image was captured. This image also makes it possible to view the cutting edge or edges (in projection) as they are "seen" by the first imaging system 110. Such a consideration is carried out in relation to both the position, in particular with respect to the edge, and the geometry (image shape of the line corresponding to the cutting edge) .

Понятно, что указанные операции формирования изображения концевого участка 313 инструмента 312 могут быть повторены несколько раз после поворота держателя 310 инструмента вокруг оси X, в частности, поворота на несколько градусов или 10° - 20°, чтобы зарегистрировать оптической системой 100 разные изображения концевого участка 313, видимые под разными углами. Все указанные изображения дают возможность трехмерной (3D) реконструкции формы (профиля) концевого участка 313 инструмента 312.It will be understood that said imaging operations of the end portion 313 of the tool 312 may be repeated several times after the tool holder 310 is rotated about the X axis, in particular a few degrees or 10° to 20°, in order to register different images of the end portion 313 with the optical system 100. seen from different angles. All of these images enable a three-dimensional (3D) reconstruction of the shape (profile) of the end section 313 of the tool 312.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, также предложен способ определения износа обрабатывающего инструмента 312 в станочной системе, при котором используется вышеописанный способ определения профиля инструмента (в соответствии с одним или другим вариантами осуществления, рассмотренными выше), который дает информацию (содержащую по меньшей мере одно изображение), представляющую профиль концевого участка 313 инструмента в первом состоянии, и который далее содержит следующие этапы, на которых:According to one embodiment of the invention, a method for determining the wear of a machining tool 312 in a machine tool system is also provided, which uses the above-described method for determining the tool profile (in accordance with one or other embodiments discussed above), which provides information (comprising at least one image ) representing the profile of the end section 313 of the tool in the first state, and which further contains the following steps, in which:

vi) выполняют операции механообработки, используя инструмент 312, за счет чего получают инструмент 312, у которого концевой участок 313 имеет видоизмененный профиль (второе состояние или новый профиль),vi) performing machining operations using the tool 312, thereby obtaining a tool 312, in which the end section 313 has a modified profile (second state or new profile),

vii) устанавливают держатель 310 инструмента относительно держателя 320 детали в указанное измерительное положение (например, согласно схеме фиг. 4),vii) setting the tool holder 310 relative to the workpiece holder 320 to the indicated measuring position (for example, according to the diagram of Fig. 4),

viii) включают измерительное устройство 304,viii) turn on the measuring device 304,

ix) посредством оптической системы 100 определяют измененный профиль концевого участка 313 инструмента 312, установленного в держатель 310 инструмента (например, чтобы проверить положение и/или ориентацию режущего профиля, или, например, чтобы проверить свойства режущего инструмента, и, следовательно, что состояние режущего инструмента отвечает требованиям для дальнейшей механообработки), иix) using the optical system 100, the modified profile of the end portion 313 of the tool 312 installed in the tool holder 310 is determined (for example, to check the position and/or orientation of the cutting profile, or, for example, to check the properties of the cutting tool, and therefore that the condition of the cutting tool meets the requirements for further machining), and

x) определяют степень износа инструмента по исходному профилю и измененному профилю концевого участка 313.x) determine the degree of wear of the tool on the original profile and the modified profile of the end section 313.

В данном случае сравнение информации, связанной с изображением (или изображениями) концевого участка 313 инструмента в первом состоянии и втором состоянии дает возможность определить, проследить или квалифицировать износ инструмента, включая степень износа, тип износа, скорость износа, и т.п. Данная процедура позволяет, например, построить кривую износа, когда изображения регистрируются параллельно с использованием инструмента, в частности, для первого инструмента из ряда идентичных инструментов. Для каждого нового инструмента из такого ряда идентичных инструментов кривая износа может быть заново построена по информации, связанной с зарегистрированными изображениями, или уже установленная кривая износа может быть адаптирована, чтобы сформировать таблицу износа для инструмента данного типа. Таким образом, при использовании n-ого инструмента из ряда идентичных инструментов регистрацию изображений можно производить менее часто, и в любом случае путем сравнения с ранее полученными кривыми износа или таблицей износа, чтобы увидеть тенденцию и предсказать будущий износ данного инструмента, что дает возможность с одной стороны соответственно видоизменять настройки станочной системы для новых деталей, изготовляемых тем же инструментом, или для новых проходов механообработки, которые еще только должны быть выполнены для данной детали, и с другой стороны, чтобы планировать/принимать решение заменять инструмент для следующей детали или нет.In this case, comparing the information associated with the image (or images) of the end portion 313 of the tool in the first state and the second state makes it possible to determine, track or qualify tool wear, including wear rate, wear type, wear rate, and the like. This procedure makes it possible, for example, to construct a wear curve when images are acquired in parallel with the use of a tool, in particular for the first tool in a series of identical tools. For each new tool from such a series of identical tools, the wear curve can be rebuilt from the information associated with the recorded images, or an already established wear curve can be adapted to form a wear table for a given type of tool. Thus, when using the nth tool from a series of identical tools, the imaging can be done less often, and in any case by comparison with previously obtained wear curves or a wear table to see the trend and predict the future wear of a given tool, which makes it possible with one on the other hand to modify the machine system settings accordingly for new parts being made with the same tool or for new machining passes that have yet to be performed on that part, and on the other hand to plan/decide whether to change the tool for the next part or not.

Данный способ также служит для квалификации состояния инструмента (хорошее, плохое) путем проверки и подтверждения (или неподтверждения), что после операций механообработки, инструмент с измененным профилем имеет новую геометрию, которая все еще соответствует требованиям спецификаций.This method also serves to qualify the condition of the tool (good, bad) by checking and confirming (or not confirming) that after machining operations, the reshaped tool has a new geometry that still meets the requirements of the specifications.

Более того, использование данного способа для обнаружения износа инструмента 312 также, в частности, позволяет определять угловую ориентацию инструмента 312 с его измененным профилем относительно оси X держателя инструмента и, следовательно, относительно держателя 320 детали в измерительном положении, а также позволяет подтверждать, что инструмент 312 с измененным профилем в измерительном положении находится в требуемой ориентации относительно держателя 310 инструмента. Использование данного способа обнаружения износа инструмента 312 также дает возможность устанавливать профиль, и проверять, что инструмент 312, установленный в держатель, соответствует ожидаемому инструменту (обнаруженный профиль соответствует ожидаемому и заданному профилю), и, следовательно, позволяет не допускать установку в держатель 310 инструмента в ненадлежащем состоянии.Moreover, the use of this method for detecting wear of the tool 312 also specifically allows determining the angular orientation of the reshaped tool 312 with respect to the X-axis of the tool holder and therefore with respect to the workpiece holder 320 at the measuring position, and also allows to confirm that the tool 312 with a modified profile in the measuring position is in the desired orientation relative to the holder 310 of the tool. Using this tool 312 wear detection method also makes it possible to set a profile, and check that the tool 312 installed in the holder matches the expected tool (the detected profile corresponds to the expected and specified profile), and therefore allows you to prevent the tool from being installed in the tool holder 310 in inappropriate condition.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, предложена станочная система, оснащенная, как было описано, обрабатывающем модулем, причем станочная система, в частности, также содержат устройство 306 (см. фиг. 1) для отслеживания износа инструмента, которое может вычислять отклонение профиля инструмента на основе информации, поступающей от устройства 304, для определения профиля инструмента 312. В частности, в данной станочной системе указанное устройство 306 для отслеживания износа инструмента, если отклонение профиля концевого участка 313 инструмента 312 превышает заданное отклонение, позволяет измененный профиль (новый профиль) концевого участка 313 инструмента 312, установленного в держатель 310 инструмента, который был определен измерительным устройством 304, использовать для пересчета параметров механообработки. Параметры механообработки содержат, в частности, информацию для перемещения держателя 310 инструмента, которая передается в управляющее устройство 302 держателя инструмента. В частности, если отклонение профиля превышает порог отклонения, тогда информация, связанная с новым профилем инструмента, используется для пересчета параметров механообработки, содержащих измененную информацию для перемещения держателя 310 инструмента, которая передается в указанное управляющее устройство 302 держателя инструмента. Управляющее устройство 302 держателя инструмента принимает указанную измененную информацию, что позволяет адаптировать операции механообработки в зависимости от результатов измерения профиля инструмента измерительным устройством 304.According to one embodiment of the invention, a machine tool system is provided equipped as described with a processing module, the machine tool system notably also comprising a tool wear monitor 306 (see FIG. 1) that can calculate tool profile deviation based on information from the device 304 to determine the profile of the tool 312. In particular, in this machine system, the specified device 306 for monitoring tool wear, if the deviation of the profile of the end section 313 of the tool 312 exceeds the specified deviation, allows a modified profile (new profile) of the end section 313 tool 312 installed in the tool holder 310, which was determined by the measuring device 304, to be used for conversion of machining parameters. The machining parameters contain, in particular, information for moving the tool holder 310, which is transmitted to the tool holder controller 302. In particular, if the profile deviation exceeds the deviation threshold, then the information associated with the new tool profile is used to recalculate the machining parameters containing the changed information for moving the tool holder 310, which is transmitted to the specified tool holder controller 302. The tool holder controller 302 receives this modified information, which allows machining operations to be adapted depending on the measurement results of the tool profile by the measuring device 304.

Предыдущие описания и пояснения были даны для варианта осуществления обрабатывающего модуля 300 с держателем 310 инструмента, проходящим вдоль оси X, которая является горизонтальной, с осью Y обрабатывающего модуля 300, которая является вертикальной, с обрабатывающим инструментом 312, вращающимся вокруг оси параллельной оси X, и держателем 310 инструмента, который может перемещаться вдоль оси X. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, представленным на фиг. 17, используется обрабатывающий модуль 300 с держателем 310 инструмента, проходящим вдоль оси X, которая является вертикальной, с осью Y обрабатывающего модуля 300, которая является горизонтальной, также с обрабатывающим инструментом 312, вращающимся вокруг оси параллельной оси X, и держателем 310 инструмента, который может перемещаться вдоль оси X. Согласно другому варианту осуществления изобретения, представленному на фиг. 18 и 19, используется обрабатывающий модуль 300 с держателем 310' инструмента, который несет на себе ряд инструментов 312, 312', 312ʺ, 312ʺ' параллельных друг другу и выставленных в (вертикальном) направлении Y. Каждый инструмент 312, 312', 312ʺ, 312ʺ' из указанного ряда инструментов ориентирован вдоль оси X, которая является горизонтальной, каждый инструмент 312, 312', 312ʺ, 312ʺ' имеет возможность вращения (по стрелке А) вокруг оси параллельной оси X посредством вращающего узла (например, шпинделя), который принадлежит держателю 310' инструмента, который несет на себе один из инструментов 312, 312', 312ʺ, 312ʺ'; при этом держатель 310' инструмента выполнен с возможностью поступательного перемещения вдоль оси X и вдоль оси Y, и предпочтительно также с возможностью вращения вокруг вертикальной оси Y (по стрелке В). Данный вариант осуществления позволяет осуществлять непрерывную механообработку, переключаясь с одного из инструментов 312, 312', 312ʺ, 312ʺ' на другой. В данном случае держатель 310' инструмента также оснащен (по меньшей мере одной) мишенью 200, возможно связанной с микросхемой RFID, как было описано выше. В данном случае, представленном на фиг. 18, две мишени 200 расположена на задней стороне держателя 310' инструмента, который не вращается вокруг оси параллельной оси X. Хотя это и не показано, мишень 200 можно было бы предусмотреть для каждого инструмента 312, 312', 312ʺ, 312ʺ' на уровне вращающего узла (например, шпинделя) держателя 310' инструмента, который несет на себе один из инструментов 312, 312', 312ʺ, 312ʺ'.The previous descriptions and explanations have been given for an embodiment of the processing module 300 with the tool holder 310 extending along the X axis, which is horizontal, with the Y axis of the processing module 300, which is vertical, with the processing tool 312 rotating about an axis parallel to the X axis, and a tool holder 310 that is movable along the X axis. According to another embodiment of the invention illustrated in FIG. 17, a machining unit 300 is used with a tool holder 310 extending along the X-axis, which is vertical, with a Y-axis of the machining unit 300, which is horizontal, also with a machining tool 312 rotating about an axis parallel to the X-axis, and a tool holder 310 which can move along the x-axis. According to another embodiment of the invention shown in FIG. 18 and 19, a processing module 300 is used with a tool holder 310' that carries a series of tools 312, 312', 312', 312'' parallel to each other and aligned in the (vertical) Y direction. Each tool 312, 312', 312', 312'' of said row of tools is oriented along the X-axis, which is horizontal, each tool 312, 312', 312', 312'' is rotatable (along arrow A) about an axis parallel to the X-axis by means of a rotating assembly (e.g., a spindle) that belongs a tool holder 310' that carries one of the tools 312, 312', 312', 312''; wherein the tool holder 310' is movable along the X-axis and along the Y-axis, and preferably also rotatable about the vertical Y-axis (arrow B). This embodiment allows continuous machining by switching from one of the tools 312, 312', 312', 312'' to another. In this case, the tool holder 310' is also equipped with (at least one) target 200, possibly associated with an RFID chip, as described above. In this case, shown in FIG. 18, two targets 200 are located on the rear side of the tool holder 310', which does not rotate about an axis parallel to the X axis. Although not shown, a target 200 could be provided for each tool a tool holder assembly (eg, spindle) 310' that carries one of the tools 312, 312', 312', 312''.

Перечень позиционных обозначений, использованных на чертежахList of reference symbols used in the drawings

X Вертикальное направление (первая поперечная ось)X Vertical direction (first transverse axis)

Y Боковое горизонтальное направление (вторая поперечная ось)Y Lateral horizontal direction (second transverse axis)

Z Главное горизонтальное направление, отделяющее первый объект от второго объекта (главная ось)Z Main horizontal direction separating the first object from the second object (major axis)

С1 ДиагональC1 Diagonal

С2 ДиагональC2 Diagonal

С3 ЦентрC3 Center

α Угол наклонной поверхностиα Angle of slope

R Стрелка, показывающая вращение держателя инструмента и мишениR Arrow showing rotation of tool holder and target

10 Оптическое устройство10 Optical device

100 Оптическая система100 Optical system

О Оптическая осьAbout optical axis

102 Входной зрачок оптической системы102 Entrance pupil of the optical system

104 Кольцевой передний осветитель104 Ring front light

106 Задний осветитель106 Rear light

110 Первая съемочная система110 First filming system

DOF1 Глубина резко изображаемого пространства первой съемочной системыDOF1 Depth of field of the first imaging system

F1 Задняя фокальная плоскость первой съемочной системыF1 Rear focal plane of the first imaging system

112 Первая система получения изображений112 First imaging system

116 Оптический тракт первой съемочной системы116 Optical path of the first imaging system

120 Вторая съемочная система120 Second camera system

F2 Задняя фокальная плоскость второй съемочной системыF2 Rear focal plane of the second imaging system

DOF2 Глубина резко изображаемого пространства второй съемочной системыDOF2 Depth of field of the second imaging system

122 Вторая система получения изображений122 Second imaging system

126 Оптический тракт второй съемочной системы126 Optical path of the second imaging system

128 Оптический модуль с катоптрической оптической системой128 Optical module with catoptric optical system

129 Зеркало129 Mirror

130 Третья съемочная система130 Third camera system

140 Осветитель (боковой подсветки)140 Illuminator (side illumination)

200 Трехкоординатная мишень200 Three-coordinate target

202 Активная поверхность202 Active surface

210 Первая структура210 First structure

212 Базовая поверхность212 Reference surface

214 Первый участок (с поверхностью диффузного отражения)214 First section (with diffuse reflection surface)

216 Второй участок (с поверхностью зеркального отражения)216 Second section (with mirror reflection surface)

217 Локальные зоны217 Local zones

218 Окно218 Window

219 Корпус219 Corps

220 Вторая структура220 Second structure

222 Наклонная поверхность222 Incline

224 Элементы рельефа224 Relief elements

225 Зеркальные элементы225 Mirror elements

230 Прозрачная защитная пластина230 Transparent protective plate

231 Нижняя стенка231 Bottom wall

232 Верхняя пластина232 Top plate

233 Отражающий слой233 Reflective layer

234 Цилиндрическая стенка234 Cylindrical wall

300 Обрабатывающий модуль300 Processing module

302 Управляющее устройство держателя инструмента302 Tool holder control

304 Устройство для определения профиля инструмента304 Tool profiling device

306 Устройство для слежения за износом инструмента306 Tool wear monitor

308 Управляющее устройство держателя детали308 Part holder control

310 Держатель инструмента310 Tool holder

310' Многошпиндельный держатель инструмента310' Multi-spindle tool holder

312 Инструмент312 Tool

312' Инструмент312' Tool

312ʺ Инструмент312ʺ Tool

312ʺ' Инструмент312ʺ' Tool

313 Концевой участок инструмента313 Tool end

313А Зона износа313A Wear zone

314 Ориентир X на держателе инструмента314 Reference X on the tool holder

316 Ориентир Y на держателе инструмента316 Y-guide on tool holder

320 Держатель детали или шпиндель для материала320 Part holder or material spindle

322 Обрабатываемая деталь (материал)322 Workpiece (material)

Claims (49)

1. Обрабатывающий модуль станочной системы для механообработки, содержащий:1. The processing module of the machine tool system for machining, containing: - держатель детали, предназначенный для размещения детали, подлежащей механообработке,- a workpiece holder designed to accommodate the workpiece to be machined, - управляющее устройство держателя детали, выполненное с возможностью управления и изменения положения держателя детали в обрабатывающем модуле,- a workpiece holder control device configured to control and change the position of the workpiece holder in the processing module, - держатель инструмента, предназначенный для размещения инструмента, содержащего концевой участок, используемый для механообработки детали, установленной в держатель детали,- a tool holder designed to accommodate a tool containing an end section used for machining a part installed in the part holder, - управляющее устройство держателя инструмента, выполненное с возможностью управления и изменения положения держателя инструмента в обрабатывающем модуле,- a tool holder control device configured to control and change the position of the tool holder in the processing module, - измерительное устройство для определения профиля инструмента, установленного в держатель инструмента, содержащее оптическую систему для определения профиля концевого участка инструмента, установленного в держатель инструмента, при этом оптическая система установлена на держателе детали.- a measuring device for determining the profile of a tool installed in the tool holder, containing an optical system for determining the profile of the end section of the tool installed in the tool holder, while the optical system is installed on the workpiece holder. 2. Обрабатывающий модуль по п. 1, отличающийся тем, что оптическая система выполнена с возможностью определения указанного профиля, когда держатель инструмента находится в измерительном рабочем положении.2. Processing module according to claim. 1, characterized in that the optical system is configured to determine the specified profile when the tool holder is in the measuring working position. 3. Обрабатывающий модуль по п. 2, отличающийся тем, что оптическая система содержит первую съемочную систему, выполненную так, что ее задняя фокальная плоскость в измерительном рабочем положении может пересекать концевой участок инструмента.3. Processing module according to claim. 2, characterized in that the optical system contains the first imaging system, designed so that its rear focal plane in the measuring working position can cross the end section of the tool. 4. Обрабатывающий модуль по п. 1, отличающийся тем, что оптическая система содержит оптическую ось (О), ортогональную направлению оси X держателя инструмента.4. Processing module according to claim 1, characterized in that the optical system comprises an optical axis (O) orthogonal to the direction of the X-axis of the tool holder. 5. Обрабатывающий модуль по п. 1, отличающийся тем, что оптическая система является частью измерительного оптического устройства, выполненного с возможностью определения по трем координатам взаимного положения держателя обрабатываемой детали и держателя инструмента за одну операцию получения изображения оптической системой.5. The processing module according to claim 1, characterized in that the optical system is a part of a measuring optical device configured to determine the relative position of the workpiece holder and the tool holder in three coordinates in one operation of obtaining an image by the optical system. 6. Обрабатывающий модуль по п. 5, отличающийся тем, что измерительное оптическое устройство выполнено также с возможностью определения профиля концевого участка инструмента, установленного в держателе инструмента, за одну операцию получения оптической системой изображения концевого участка инструмента, установленного в держателе инструмента.6. The processing module according to claim 5, characterized in that the measuring optical device is also configured to determine the profile of the end section of the tool installed in the tool holder, in one operation of obtaining an image of the end section of the tool installed in the tool holder by the optical system. 7. Обрабатывающий модуль по п. 5, отличающийся тем, что измерительное оптическое устройство дополнительно содержит передний осветитель, ориентированный параллельно оптической оси (О) оптической системы в направлении держателя инструмента.7. Processing module according to claim 5, characterized in that the measuring optical device further comprises a front illuminator oriented parallel to the optical axis (O) of the optical system in the direction of the tool holder. 8. Обрабатывающий модуль по п. 5, отличающийся тем, что измерительное оптическое устройство дополнительно содержит задний осветитель, ориентированный в направлении оптической системы.8. Processing module according to claim. 5, characterized in that the measuring optical device further comprises a rear light oriented in the direction of the optical system. 9. Обрабатывающий модуль по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит мишень, которая является частью оптического устройства, установлена на держателе инструмента, и содержит активную поверхность, которая образует базу отсчета положений при перемещении вдоль оптической оси (О) оптической системы, когда держатель инструмента находится в заданном угловом положении относительно своей оси (X) и в заданном осевом положении вдоль своей оси (X), и тем самым осуществляется привязка положения держателя инструмента к положению держателя детали.9. The processing module according to claim 1, characterized in that it additionally contains a target, which is part of an optical device, is mounted on a tool holder, and contains an active surface that forms a reference position for positions when moving along the optical axis (O) of the optical system, when the tool holder is at a predetermined angular position relative to its axis (X) and at a predetermined axial position along its axis (X), and thus the position of the tool holder is linked to the position of the workpiece holder. 10. Обрабатывающий модуль по п. 9, отличающийся тем, что мишень переставляет собой трехкоординатную мишень, содержащую на активной поверхности:10. The processing module according to claim 9, characterized in that the target rearranges a three-coordinate target containing on the active surface: - первую структуру, образующую плоскую базовую поверхность, иa first structure forming a flat base surface, and - вторую структуру, содержащую поверхность, наклонную относительно указанной плоской базовой поверхности,- a second structure containing a surface inclined relative to said flat base surface, при этом указанная оптическая система содержит первую съемочную систему и вторую съемочную систему, причем разность между фокусным расстоянием второй съемочной системы и фокусным расстоянием первой съемочной системы лежит в интервале между минимальным расстоянием и максимальным расстоянием, отделяющим базовую поверхность от наклонной поверхности.wherein said optical system comprises a first imaging system and a second imaging system, wherein the difference between the focal length of the second imaging system and the focal length of the first imaging system lies in the interval between the minimum distance and the maximum distance separating the base surface from the inclined surface. 11. Обрабатывающий модуль по п. 9, отличающийся тем, что указанное оптическое измерительное устройство дополнительно содержит осветитель, ориентированный в направлении держателя инструмента, причем указанный осветитель расположен так, чтобы обеспечивать боковое освещение трехкоординатной мишени.11. Processing module according to claim 9, characterized in that said optical measuring device further comprises an illuminator oriented in the direction of the tool holder, said illuminator being positioned so as to provide side illumination of a three-dimensional target. 12. Обрабатывающий модуль по п. 1, отличающийся тем, что оптическая система содержит первую съемочную систему и вторую съемочную систему, при этом:12. The processing module according to claim. 1, characterized in that the optical system contains the first shooting system and the second shooting system, while: - глубина резко изображаемого пространства первой съемочной системы по меньшей мере в десять раз больше, чем глубина резко изображаемого пространства второй съемочной системы, причем- the depth of field of the first imaging system is at least ten times greater than the depth of field of the second imaging system, and - оптическая система построена так, что оптический тракт первой съемочной системы и оптический тракт второй съемочной системы имеют общий участок, расположенный на оптической оси (О) оптической системы и содержащий заднюю фокальную плоскость первой съемочной системы и заднюю фокальную плоскость второй съемочной системы.- the optical system is constructed so that the optical path of the first imaging system and the optical path of the second imaging system have a common area located on the optical axis (O) of the optical system and containing the rear focal plane of the first imaging system and the rear focal plane of the second imaging system. 13. Обрабатывающий модуль по п. 10, отличающийся тем, что:13. The processing module according to claim 10, characterized in that: - оптическая система содержит первую съемочную систему и вторую съемочную систему, при этом:- the optical system comprises the first imaging system and the second imaging system, wherein: - глубина резко изображаемого пространства первой съемочной системы по меньшей мере в десять раз больше, чем глубина резко изображаемого пространства второй съемочной системы, причем- the depth of field of the first imaging system is at least ten times greater than the depth of field of the second imaging system, and - оптическая система построена так, что оптический тракт первой съемочной системы и оптический тракт второй съемочной системы имеют общий участок, расположенный на оптической оси (О) оптической системы,и содержащий заднюю фокальную плоскость первой съемочной системы и заднюю фокальную плоскость второй съемочной системы, причем:- the optical system is constructed so that the optical path of the first imaging system and the optical path of the second imaging system have a common area located on the optical axis (O) of the optical system, and containing the rear focal plane of the first imaging system and the rear focal plane of the second imaging system, and: - первая съемочная система выполнена так, что ее задняя фокальная плоскость может соответствовать базовой поверхности первой структуры, иthe first imaging system is configured such that its rear focal plane can correspond to the base surface of the first structure, and - вторая съемочная система выполнена так, что ее задняя фокальная плоскость может пересекать наклонную поверхность трехкоординатной мишени.- the second imaging system is designed so that its rear focal plane can intersect the inclined surface of the three-coordinate target. 14. Обрабатывающий модуль по п. 1, отличающийся тем, что оптическое устройство дополнительно содержит третью съемочную систему, расположенную на держателе инструмента и выполненную с возможностью определения угловой ориентации держателя инструмента относительно своей оси (X).14. The processing module according to claim 1, characterized in that the optical device further comprises a third imaging system located on the tool holder and configured to determine the angular orientation of the tool holder relative to its axis (X). 15. Станочная система, содержащая обрабатывающий модуль, охарактеризованный в п. 1, и дополнительно содержащая устройство для слежения за износом инструмента, выполненное с возможностью вычисления отклонения профиля инструмента от данных, передаваемых измерительным устройством.15. A machine tool system comprising the processing module described in claim 1 and further comprising a tool wear monitoring device configured to calculate the deviation of the tool profile from the data transmitted by the measuring device. 16. Станочная система по п. 15, отличающаяся тем, что указанное устройство для слежения за износом инструмента, когда отклонение профиля инструмента превышает заданное отклонение, позволяет использовать измененный профиль концевого участка инструмента, установленного в держатель инструмента, обнаруженный измерительным устройством, для пересчета параметров механообработки, включая данные для движения держателя инструмента, которые передаются в управляющее устройство держателя инструмента.16. The machine tool system according to claim 15, characterized in that the specified device for tracking tool wear, when the deviation of the tool profile exceeds the specified deviation, allows using the modified profile of the end section of the tool installed in the tool holder, detected by the measuring device, to recalculate the machining parameters , including data for the movement of the tool holder, which is transmitted to the control device of the tool holder. 17. Способ для определения положения инструмента, установленного в держатель инструмента в обрабатывающем модуле, содержащем держатель детали и держатель инструмента, содержащий этапы, на которых:17. A method for determining the position of a tool installed in a tool holder in a processing module containing a part holder and a tool holder, comprising the steps of: i) в обрабатывающем модуле предусматривают измерительное устройство, содержащее оптическую систему для определения профиля концевого участка инструмента, установленного в держателе инструмента, при этом оптическую систему устанавливают на держатель детали;i) in the processing module, a measuring device is provided, containing an optical system for determining the profile of the end section of the tool installed in the tool holder, while the optical system is mounted on the workpiece holder; ii) устанавливают инструмент в держатель инструмента;ii) install the tool in the tool holder; iii) устанавливают держатель инструмента относительно держателя детали в измерительное рабочее положение;iii) place the tool holder in relation to the workpiece holder in the measuring working position; iv) включают измерительное устройство, иiv) turn on the measuring device, and v) посредством оптической системы определяют положение инструмента в обрабатывающем модуле.v) by means of an optical system, the position of the tool in the processing module is determined. 18. Способ для определения профиля инструмента, установленного в держатель инструмента в обрабатывающем модуле, содержащем держатель детали и держатель инструмента, содержащий этапы, на которых:18. A method for determining the profile of a tool installed in a tool holder in a processing module containing a workpiece holder and a tool holder, comprising the steps of: i) в обрабатывающем модуле предусматривают измерительное устройство, содержащее оптическую систему для определения профиля концевого участка инструмента, установленного в держателе инструмента, при этом оптическую систему устанавливают на держатель детали;i) in the processing module, a measuring device is provided, containing an optical system for determining the profile of the end section of the tool installed in the tool holder, while the optical system is mounted on the workpiece holder; ii) устанавливают инструмент в держатель инструмента;ii) install the tool in the tool holder; iii) устанавливают держатель инструмента относительно держателя детали в измерительное рабочее положение;iii) place the tool holder in relation to the workpiece holder in the measuring working position; iv) включают измерительное устройство, иiv) turn on the measuring device, and v) посредством оптической системы определяют профиль концевого участка инструмента, установленного в держателе инструмента.v) by means of an optical system, the profile of the end section of the tool installed in the tool holder is determined. 19. Способ для определения износа инструмента в станочной системе, при котором используют способ определения профиля инструмента, охарактеризованный в п. 18, и который дополнительно содержит следующие этапы, на которых:19. A method for determining tool wear in a machine tool system, which uses the method for determining the tool profile described in claim 18, and which further comprises the following steps, in which: vi) выполняют операции механообработки, используя указанный инструмент, за счет чего получают инструмент, у которого концевой участок имеет измененный профиль;vi) performing machining operations using the specified tool, thereby obtaining a tool in which the end section has a modified profile; vii) устанавливают держатель инструмента относительно держателя детали в указанное измерительное рабочее положение;vii) positioning the tool holder relative to the workpiece holder in the specified measuring operating position; viii) включают измерительное устройство,viii) include a measuring device, ix) определяют измененный профиль концевого участка инструмента, установленного в держатель инструмента; иix) determining the modified profile of the end portion of the tool installed in the tool holder; and x) определяют степень износа инструмента по исходному профилю и измененному профилю концевого участка инструмента.x) determine the degree of tool wear according to the original profile and the modified profile of the end section of the tool.
RU2021136218A 2019-06-03 2020-06-03 Machining module and a machine system with a device for determining the profile of the tool, and a method for determining the profile of the tool RU2783417C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH00709/19 2019-06-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2783417C1 true RU2783417C1 (en) 2022-11-14

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU227095U1 (en) * 2024-04-24 2024-07-05 Общество С Ограниченной Ответственностью "Спб Метролоджи" Measuring arm for machine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5084827A (en) * 1988-12-23 1992-01-28 Commissariat A L'energie Atomique System for measuring the position of a tool having a nose on a machine tool
CA2071764A1 (en) * 1991-06-24 1992-12-25 Gunter Heilig Automated tool measurement
US20180222004A1 (en) * 2015-06-11 2018-08-09 Watch Out Sa Machining module, accessory assembly for a machining module and method for starting up a machining module

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5084827A (en) * 1988-12-23 1992-01-28 Commissariat A L'energie Atomique System for measuring the position of a tool having a nose on a machine tool
CA2071764A1 (en) * 1991-06-24 1992-12-25 Gunter Heilig Automated tool measurement
US20180222004A1 (en) * 2015-06-11 2018-08-09 Watch Out Sa Machining module, accessory assembly for a machining module and method for starting up a machining module

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU227095U1 (en) * 2024-04-24 2024-07-05 Общество С Ограниченной Ответственностью "Спб Метролоджи" Measuring arm for machine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102686225B1 (en) Method for detecting the profile of a tool and a machine tool having a machining module and a unit for detecting the profile of the tool
KR102683479B1 (en) Three-dimensional target with dual structure, optical measurement device and method using such target
TWI653112B (en) Laser processing device
JP6242619B2 (en) Processing equipment
RU2783417C1 (en) Machining module and a machine system with a device for determining the profile of the tool, and a method for determining the profile of the tool
JP5328025B2 (en) Edge detection apparatus, machine tool using the same, and edge detection method
JP7164058B1 (en) End face measuring device and end face measuring method
TWI786221B (en) Machine-tool with an optical measuring device for the three-dimensional registration between the tool-holder and the workpiece holder
JP2017226035A (en) Machining method and machining device
EP0198557A1 (en) A method and system for measuring the roughness profile of a surface
RU2796277C2 (en) Three-coordinate target with double structure, optical measuring device and method using such target
JP2023518747A (en) Method and apparatus for determining the actual condition of the support bars of the base material support, and machine tools having such apparatus
RU2800793C2 (en) Machine with optical measuring device for three-dimensional determination of tool holder position relative to holder and corresponding method of three-dimensional optical measurement
JP6562724B2 (en) Blade position measuring method and blade position measuring apparatus
EP4033203B1 (en) Probe and method for optical measurement of a bore and a countersink
CN116135454A (en) Apparatus and method for measuring tool
KR20160144918A (en) Defect inspection method and defect inspection device
JP2022190856A (en) Measurement tool, operation accuracy measurement system and operation accuracy measurement method
JPWO2019123058A5 (en)