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EP3977218A1 - Module d'usinage et machine-outil avec une unité de détection du profil de l'outil, et procédé de détection du profil de l'outil - Google Patents

Module d'usinage et machine-outil avec une unité de détection du profil de l'outil, et procédé de détection du profil de l'outil

Info

Publication number
EP3977218A1
EP3977218A1 EP20731571.4A EP20731571A EP3977218A1 EP 3977218 A1 EP3977218 A1 EP 3977218A1 EP 20731571 A EP20731571 A EP 20731571A EP 3977218 A1 EP3977218 A1 EP 3977218A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tool
tool holder
optical system
profile
optical
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP20731571.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Philippe Jacot
Sébastien LAPORTE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Watchoutcorp Sa
Original Assignee
LDI Finances SC
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 LDI Finances SC filed Critical LDI Finances SC
Publication of EP3977218A1 publication Critical patent/EP3977218A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

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    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/24—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves
    • B23Q17/2428—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves for measuring existing positions of tools or workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/20—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work before or after the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/28—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work before or after the tool acts upon the workpiece with compensation for tool wear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23Q17/22—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work
    • B23Q17/2233—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work for adjusting the tool relative to the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23Q17/24—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves
    • B23Q17/2452—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves for measuring features or for detecting a condition of machine parts, tools or workpieces
    • B23Q17/2457—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves for measuring features or for detecting a condition of machine parts, tools or workpieces of tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
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    • B23Q17/24—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves
    • B23Q17/248—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves using special electromagnetic means or methods
    • B23Q17/249—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves using special electromagnetic means or methods using image analysis, e.g. for radar, infrared or array camera images
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G05B19/4065—Monitoring tool breakage, life or condition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q2717/00—Arrangements for indicating or measuring
    • B23Q2717/003—Arrangements for indicating or measuring in lathes

Definitions

  • the present invention relates to the field of machine tools.
  • the present invention also relates to the field of optical detection of the position of a tool in situ in a machining module, and in particular within a machine tool.
  • the present invention also relates to the field of optical detection of the profile of a tool in situ in a machining module, and in particular within a machine tool. It is in particular a machine tool forming a machining machine by removing material and in particular for a rotating machining step (turning, bar turning, etc.), including a controlled machine tool. digital.
  • machine tools in particular of bar turning machines, automatic lathes, turning-milling centers, milling machines, machining centers and transfer machines, typically has three distinct phases:
  • a machining module the machining plane, that is to say the succession of 'operations and axis movements necessary to obtain the desired workpiece.
  • the operator takes care, for example, to obtain the most efficient possible machining plane, that is to say the one which makes it possible to machine a given part with a minimum of operations and avoiding collisions between tools or with the part. He chooses the tools to be used, and checks the quality of the parts obtained, for example the surface finishes, compliance with tolerances, etc.
  • a series of parts is produced on the preset machining module, with the parameters defined during the development.
  • This phase is the only productive phase; it is often carried out 24 hours a day, the machining module being supplied with raw material by means of a bar feeder or a loader of slips (raw parts).
  • flank wear wear strip on the front face
  • wear notch wear notch
  • crater wear wear causing plastic deformation (depression or bulge)
  • formation of a built-up edge wear creating chipping outside the cutting area
  • chipping of the cutting edge wear generating a thermal crack, breakage of the cutting edge.
  • Some empirical solutions recommend replacing the tool by number of machined parts. Not only do these solutions not optimize the profitability of the production tool, especially in the case of special tools, expensive or difficult to obtain, but they also do not guarantee the untimely breakage of a tool or the consequences. harmful effects of its wear on the quality of the manufactured part.
  • this system makes it possible to know whether the tool touches the light barrier or not, but does not give any information on the precise position or on the profile of the end portion of the tool.
  • Document FR2645782 describes a tool breakage control system on a machining center equipped with a numerically controlled machine tool. Two cameras take pictures of the tool before and after machining, and the comparison between the images makes it possible to detect an anomaly on the tool.
  • Document EP3021183 proposes a device integrated in a machine tool, for checking and correcting the position of the cutting edge of a tool on the tool holder via a camera. However, these installations require the use of a repository
  • Document EP0377374 proposes a system for locating the position of a machining tool relative to the machine tool.
  • a camera is used which compares two perpendicular images of a block template of known position with corresponding images, displayed
  • Document EP2426555 presents an apparatus for detecting the movement of a cutting tool relative to a workpiece.
  • This device has a camera which is fixedly mounted in a part of the machine tool which also includes the workpiece mounted on a chuck and the tool holder.
  • JPH07246547 uses a detection system to detect the coordinates of a tool, which is composed of a reflector installed on a tool mounting shaft, and of a measuring device of the type comprising laser interferometers to detect the coordinates of the tool.
  • An object of the present invention is to provide a machining module that can determine the profile of the end portion of a tool mounted on the tool holder of a machining module. Another object of the invention is to be able to determine
  • Another object of the present invention is to provide a machining module free from the limitations of known machining modules. [0023] According to the invention, these goals are achieved in particular by means of a machining module by removing material for a machine tool including:
  • a workpiece support control unit capable of controlling and modifying the position of the workpiece support in the machining module
  • a tool holder intended to receive a tool having an end portion useful for machining the part mounted on the part support;
  • a tool holder control unit capable of controlling and modifying the position of the tool holder in the machining module
  • a unit for detecting the profile of the tool mounted on the tool holder comprising an optical system making it possible to determine the profile of said end portion of the tool mounted on the tool holder, in which said optical system is mounted on the workpiece support.
  • This solution has the particular advantage over the prior art of placing the means for measuring and detecting the end portion of the tool, in situ in the machining module, therefore in the machine. -tool.
  • One of the advantages of this configuration lies in the fact that the measurement or shooting of the end portion of the tool being carried out locally where the machining operations take place, the resulting measurement or image effectively corresponds to the instantaneous reality of the shape / geometry / position of the end portion of the tool without artifacts.
  • the tool exhibits deformation due to the local temperature of the machining module, this thermal drift is taken into account, whereas in the event of recourse to a measuring module separate from the machine tool, the tool will have cooled and the measurement will have an artefact due to the change in temperature.
  • Another advantage lies in the fact that since the optical system is attached to the workpiece support, all the spatial referencing between the workpiece support and the tool holder serves as referencing between the optical system and the tool seen by the optical system: the measurement artefact due to the change of reference frame occurring if the tool / tool holder is installed in a measurement module separate from the machine tool is avoided.
  • said detection unit forms a unit for measuring the profile and therefore the wear of the tool which is integrated into the machining module.
  • This arrangement allows in-situ control of tool wear, i.e. within the machining module itself, therefore without removing the tool from the tool holder, and without contact with the tool .
  • said detection unit is placed in the machining module, in particular near the tool holder.
  • placing the optical system, capable of viewing the end portion of the tool mounted on the tool holder, directly on the workpiece support, as an element of the workpiece support makes it possible to gain in particular in processing time (the optical system is already positioned to detect the end portion of the tool) and in precision (the position of the optical system within the tool holder being known precisely and being fixed, we avoid adding to the determination of the relative position between the optical system and the end portion of the tool an error related to the determination of the relative position between the optical system and the tool holder).
  • workpiece support is understood in the sense of “module of the machine tool comprising the elements allowing the assembly and the holding (in particular by clamping) and the
  • tool holder is understood to mean “module of the machine tool comprising the elements allowing the assembly and the holding (in particular by clamping or otherwise) and the dismantling of a tool or several tools, as well as the movement of this (these) tool (s) in the space of the machining module of the machine tool ”.
  • the optical system belongs to an optical measuring device which is configured to allow, by a single step of taking a picture by the optical system, to determine the three-dimensional relative position between the support of the workpiece and the tool holder.
  • the optical system takes a picture of the tool holder, for example of a specific area of the tool holder and according to one possibility, the optical system takes a picture of a target mounted on the tool holder and forming a positioning reference.
  • the present invention also relates to a machine tool comprising a machining module as described in the present text, this machine tool also having a unit for monitoring the wear of the tool which is suitable for calculating the deviation of the profile of the tool from the information supplied by said detection unit.
  • This is a use of the machining module to analyze the condition of the tool and in particular its wear.
  • the invention also relates to:
  • FIG. 1 illustrates in perspective a machining module according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows in perspective an enlargement of portion II of Figure 1, showing a different tool mounted on the tool holder,
  • FIG. 3 shows in perspective an enlargement of the end portion of the tool which is useful for machining a part, in a configuration of damage following wear, according to portion III of Figure 2 ,
  • FIG. 4 illustrates the use of the optical system of the machining module for determining the position and / or the profile of the tool in the tool holder
  • FIG. 5 shows in perspective and exploded a tool holder equipped with a three-dimensional target
  • FIG. 6 illustrates the use of the optical device of the machining module for determining the measurement in space of the relative position between the tool holder and the workpiece support (also called material spindle)
  • Figure 7 is another perspective view corresponding to Figure 6,
  • FIG. 8 illustrates the optical device in the three-dimensional locating step between the tool holder and the workpiece support, thanks to the three-dimensional target,
  • Figure 9 shows the part of Figure 6 corresponding to the tool holder with the three-dimensional target, from the direction IX of Figure 6, or in the direction Z, as seen by the optical system when the target is oriented in the direction of optical system,
  • Figures 10, 11 and 12 are three views illustrating the structure of the three-dimensional target, respectively from the front, in perspective and in section, and Figures 13 and 14 are perspective views of the second structure of the target respectively such as in Figures 10, 11 and 12 and according to an alternative embodiment,
  • FIG. 16 shows in perspective is another perspective view corresponding to Figure 4 and showing the use of the optical device of the machining module for determining the profile of the end portion of the tool
  • FIG. 17 illustrates in perspective and partially a machining module according to another embodiment of the invention
  • - Figure 18 illustrates in perspective a variant of the tool holder carrying a series of tools aligned vertically, each tool being oriented along a horizontal axis around which it is rotatably mounted
  • - Figure 19 illustrates in perspective a machining module according to yet another embodiment of the invention.
  • the machining module 300 comprises a workpiece support 320 and a tool holder 310.
  • the workpiece support 320 can be provided to be removably mounted on the module machining 300, in particular via removable fixing means.
  • a workpiece 322 (a blank bar or slug is shown).
  • the workpiece support 320 comprises what is called a material spindle, namely comprising, for example, a clamp, a mandrel, a bar turning machine, or else a pallet or a pallet holder.
  • the main direction of the workpiece support 320 corresponds to the Z direction.
  • the tool holder 310 can be provided to be removably mounted on the machining module 300, in particular via removable fixing means. As seen in Figure 1, on the tool holder 310 is removably mounted a tool 312 (a tap or a milling cutter is shown in a simplified manner).
  • the tool holder 310 comprises for example a spindle, a carriage or a vice or even a comb.
  • the main direction of the tool holder 310 corresponds to the X direction.
  • the vertical direction corresponds to the Y direction
  • the three directions X, Y and Z form an orthogonal coordinate system.
  • a control unit 302 of the tool holder is capable of
  • the machining module 300 also includes a control unit (not shown) for the workpiece support 320.
  • the machining module 300 further comprises a detection unit 304, which detects the position but also the profile of the tool 312 mounted on the tool holder 310.
  • said detection unit 304 comprises an optical system 100 for determining the profile of the end portion 313 of the tool 312 mounted on the tool holder 310 (see Figures 4, 6 and 8).
  • FIG. 1 the detection unit 304
  • the optical axis O of this optical system 100 is shown, from the input face 102 of the optical system.
  • This optical axis O is, in the arrangement of Figure 1, parallel to the Z direction or main direction of the workpiece support 320. Also, preferably, the optical axis O is orthogonal to the direction of the X axis of the workpiece.
  • tool holder 310 as shown in Figure 1.
  • the optical system 100 is mounted on the workpiece support 320, at least the entire sensor part of the optical system 100, of the components lighting that may be detached from the sensor part of the optical system 100 and therefore placed elsewhere in the machining module 300.
  • this optical system 100 comprises a set of optical components and an image acquisition system.
  • an image acquisition system makes it possible to take photographs and / or videos, and is for example a camera or a device.
  • an optical system 100 which operates in combination with one or more sources.
  • the shooting system of the optical system 100 forms an image sensor.
  • the light source or sources associated with the shooting system of the optical system 100 form emitters of electromagnetic radiation, or
  • the aforementioned light source (s) is (are) not (a) source (s) of laser radiation; and the shooting system of the optical system 100 according to the invention forms an image sensor which does not have or is not associated with a laser emitter.
  • end portion of the tool is understood to mean the end part of the tool which comprises the zones useful for machining, therefore the cutting zone (s), namely which comprises (nt) the cutting edges defined by intersection between the useful faces and the edges.
  • the term "profile" of the end portion is understood to mean either a two-dimensional representation of the end portion, or a three-dimensional representation of the end portion.
  • this profile can include a line
  • this profile can form a shape three-dimensional of the end portion 313 of the tool (for example an insert) including the cutting edge (s). Also, this profile can correspond to a three-dimensional shape of the end portion 313 of the tool represented by a series of lines such as a topographic profile.
  • the optical system 100 is configured to make it possible to detect the profile of the end portion 313 of the tool 312 when the tool holder 310 is in an operational measurement position shown in FIG. 4.
  • the tool holder 310 and the workpiece holder 320 are close to each other.
  • the optical axis O of the optical system 100 can intersect with the end portion 313 of the tool 312, or with the tool 312, or at least sufficiently close to the tool 312 so that the tool 312 is in the field of view of the system optical 100.
  • the end of the tool holder 310 is in alignment with the exit (or entry face 102) of the optical system 100. This means that the optical path from the optical system 100 intersects with the end of the tool holder 310 and / or with the tip or more generally the end portion 313 of the tool 312.
  • the smallest distance between the end portion 313 of the tool 312 and the Z axis of the workpiece support is less than 50 cm, or even less than 30cm, and sometimes less than 15cm).
  • the smallest distance between the end portion 313 of the tool 312 and the Z axis of the workpiece support is between 5 and 50 cm, sometimes between 5 and 30 cm. cm, or between 20 and 30 cm or between 5 and 15 cm.
  • said operational measurement position corresponds to a position for loading a tool 312 on the tool holder 310: thus, the profile measurement can be carried out as soon as the tool 312 is fitted.
  • the X axis of the tool holder 310 can have different orientations with respect to the optical axis O of the optical system 100:
  • the axis X 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 portion
  • the X axis of the tool holder 310 is coaxial or parallel to the direction of the optical axis O of the optical system 100 (case not shown), so that the optical system 100 sees only the tip of the tool 312,
  • the X axis of the tool holder 310 is inclined relative to the optical axis O of the optical system 100 (case not shown by an angle other than zero and different from 90 ° between the axes X and O).
  • the machine tool carrying the machining module 300 it is possible to change the orientation of the tool holder 310 and of its axis.
  • X in particular in the case of a machine tool with five or six axes of movement for the tool holder 310.
  • the optical system 100 includes a first shooting system 110 which is configured so that its image focal plane is able to intersect with the end portion 313 of the tool
  • the first image acquisition system 110 comprises a first image acquisition system 112 which makes it possible to take an image of the end portion.
  • Additional can be provided each independently of the other or in addition to one another.
  • the optical device 10 further comprises a front light source 104 oriented parallel to the optical axis O of the optical system 100 and in the direction of the tool holder 310.
  • This light source 104 can be placed near the optical system 100.
  • This light source 104 is oriented in the direction of the tool 312 in order to constitute a frontal illumination of the end portion 313 of the tool 312 in the position. operational measurement.
  • this front light source 104 is an annular light source surrounding the input face 102 of the optical system 100: in this case, the front light source 104 is coaxial with the optical axis O of the optical system 100.
  • This front light source 104 makes it possible to properly illuminate the surface of the end portion 313 of the tool seen by the optical system 100.
  • optical device 10 further comprises a rear light source 106 oriented toward optical system 100.
  • This light source 106 is disposed. in order to constitute a rear illumination (“back face”) of the end portion 313 of the tool 312 with respect to the optical system 100 in the operational measurement position.
  • this rear light source 106 is coaxial, preferably aligned with the optical axis O of the optical system 100.
  • the end portion 313 of the tool is between the entrance face 102 of the optical system 100 and the rear light source 106, so that the end portion 313 of the tool is illuminated from the rear, which increases the contrast of the image taken in the area of the contour of the end portion 313 as seen by the otic system 100.
  • the optical system 100 also includes a second shooting system 120 with a second image acquisition system 112 which also makes it possible to take an image of the end portion 313 of the tool 312 in the position operational measurement.
  • the optical path of the first image capture system 210 and the optical path of the second image capture system 120 have a common optical path portion which goes towards and comes from the object viewed by the optical system 100 , in this case the end portion 313 of the tool 312 (see Figures 4 and 16).
  • it is a target 200 mounted on the tool holder 310 which forms the object looked at, seen by the optical system 100.
  • object viewed means in particular either the end portion 313 of the tool 312 mounted on the tool holder, or the target 200.
  • the first image capture system 210 is turned in the direction of the viewed object and forms a camera system aligned with the viewed object
  • the second camera system 120 has an optical path 126 which joins with the optical path 116 of the camera system 110 aligned with the 'viewed object and forms a shooting system eccentric with respect to the viewed object, with respect to the optical axis O of the optical system 100, and with respect to the common portion of the optical paths 116 and 126 (aligned with the 'object viewed).
  • the optical axis O is superimposed with the mean radius of the common portion of the first path optical 116 and of the second optical path 126.
  • the sections of the first optical path 116 and of the second optical path 126 are mutually parallel, but not necessarily superimposed.
  • the second image capture system 120 which is eccentric has an optical path portion 126 internal to this second image capture system 120 which is preferably parallel to the optical axis O.
  • This internal optical path portion 126 is connected to the , or more precisely joined the, optical path 116 of the first image capture system 110 aligned by a dedicated optical module 128, comprising a catoptric optical system such as a mirror 129.
  • the input of the capture system eccentric view (here the second shooting system 120) is connected to the path or optical path of the aligned shooting system (here the first shooting system 110).
  • the optical system 100 comprises an optical module 128 (for example with a catoptric optical element such as a mirror 129) arranged between the first image capture system 110 and the second image capture system 120 and configured to deflect a part of the light rays passing through at least a part of one of the first and the second imaging system towards the other of the first and the second imaging system.
  • an optical module 128 for example with a catoptric optical element such as a mirror 129 arranged between the first image capture system 110 and the second image capture system 120 and configured to deflect a part of the light rays passing through at least a part of one of the first and the second imaging system towards the other of the first and the second imaging system.
  • the optical system 100 is arranged such that the optical path from the object being viewed (the end portion 313 of the tool 312 in Figures 4 and 16 and the target 200 in Figures 6 and 8) through the optical system 100 passes through at least a portion of one of the first imaging system 110 and the second imaging system 120 (the first imaging system 110 in Figures 4, 6, 8 and 16) before d 'achieve the other of the first imaging system 110 and the second imaging system 120 (the second imaging system 120 in Figures 4, 6, 8 and 16).
  • the first imaging system 110 and the second imaging system 120 are arranged in parallel with respect to each other. Also, in the configuration shown, the first imaging system 110 is mounted directly on the workpiece support 320 and the second imaging system 120 is eccentric with respect to the optical axis of the first imaging system 110 but this may be the case. 'reverse, namely one can have a configuration in which the second shooting system 110 is mounted
  • the second shooting system 120 when the first shooting system 110 is aligned with the viewed object, the second shooting system 120 also sees the viewed object and can also take a shot. and generate an image of this viewed object. As will now be explained, this image can be used to determine the position of the tool 312 and can be used to determine the profile of the end portion of the tool 312.
  • a method for detecting the position of a tool 312 mounted on a tool holder 310 in a machining module 300 comprising a workpiece support 320 and a workpiece carrier 310 comprising the following steps:
  • a detection unit 304 in the machining module 300 comprising an optical system 100 making it possible to determine the profile of said end portion 313 of the tool 312 mounted on the holder.
  • this step makes it possible to know the relative position between the tool 312 and the tool holder 310, iii) positioning of the tool holder 310 relative to the workpiece support 320 in an operational measurement position (for example according to the configuration of FIG. 4): this step makes it possible to place the tool 312, and in particular the end portion 313 of the tool 312 or another portion of the tool 312 , visibly by the optical system 100,
  • said optical system 100 is mounted on the workpiece support 320. It is therefore understood that in this way, the taking of a picture by the optical system 100 of the tool 312 (and in particular of its end portion 313) makes it possible to determine not only the relative position between the tool 312 (said end portion 313 of the tool) and the workpiece support 320, but also the relative position between the tool holder 310 and the workpiece support 320.
  • the first shooting system 110 which is used and therefore c 'is the first image acquisition system 112 which generates one (or more) image (s) of the end portion 313 of the tool 312.
  • the detection unit 304 when the detection unit 304 is activated, it is the second image acquisition system 120 which is used and therefore it is the second image acquisition system 122 which generates one (or more) image (s) of the end portion 313 of the tool 312. Analysis of this image and in particular of the position of the sharp zone of this image (resulting for example from the arrangement of Figure 4) in the direction X with respect to the edge of the tool as seen by the first shooting system 110 makes it possible to know the distance of the tool 312 with respect to the optical system 100, therefore the Z position of the tool 313.
  • This image also makes it possible to identify the cutting edge (s) (in projection) as it (s) is (are) seen by the second imaging system 120.
  • This registration is both in position, in particular with respect to the edge, and in geometry (shape on the image of the line (or lines) corresponding to I '(to) cutting edge (s)).
  • a method for detecting the profile of a tool 312 mounted on a tool holder 310, in a machining module 300 comprising a workpiece support 320 and a workpiece carrier 310 comprising the following steps:
  • a detection unit 304 in the machining module 300 comprising an optical system 100 making it possible to determine the profile of said end portion 313 of the tool 312 mounted on the holder.
  • tool 310 wherein said optical system 100 is mounted on workpiece support 320,
  • this step makes it possible to know the relative position between the tool 312 and the tool holder 310, iii) positioning of the tool holder 310 relative to the workpiece support 320 in an operational measurement position (for example according to the configuration of FIG. 4): this step makes it possible to place the tool 312, and in particular the end portion 313 of the tool 312 or another portion of the tool 312 , visibly by the optical system 100,
  • detection 304 it is the first image capture system 110 which is used and therefore it is the first image acquisition system 112 which generates one (or more) image (s) of the end portion 313 of tool 312.
  • this image makes it possible to detect the edge of the tool as seen by the first imaging system 110.
  • This is the edge, namely the contour, of the end portion 312 of the tool 312, seen in projection in the plane (X, Y) orthogonal to the direction Z, itself parallel to the optical axis O of the optical system.
  • the shape (in this case the contour line) of this edge of the tool 312 provides information on the geometry of the end portion 313 of the tool 312 mounted on the tool holder 31 at the time of setting. of view.
  • This image also makes it possible to identify the cutting edge (s) (in projection) as it (s) is (are) seen by the first shooting system 110.
  • This registration is both in position, in particular with respect to the edge, as well as in geometry (shape on the image of the line (s) corresponding to I '(to) cutting edge (s).
  • the detection unit 304 when the detection unit 304 is activated, it is the second image capture system 120 which is used and therefore it is the second image acquisition system 122 which generates one (or more) image (s) of the end portion 313 of the tool 312. Analysis of this image makes it possible to detect the edge of the tool as seen by the second imaging system 120. This is the edge, namely the contour, of the end portion 312. of the tool 312, seen in projection in the plane (X, Y) orthogonal to the direction Z, itself parallel to the optical axis O of the optical system.
  • the shape (in this case the line) of this edge of the tool 312 provides information on the geometry of the end portion 313 of the tool 312 mounted on the tool holder 31 at the time of shooting. .
  • This image also makes it possible to identify the cutting edge (s) (in projection) as it (s) is (are) seen by the second shooting system 120. This registration is both in position, in particular with respect to the edge, as well as in geometry (shape on the image of the line (or lines) corresponding to I '(to) cutting edge (s)).
  • the implementation of such a method of detecting the profile of the tool 312 makes it possible in particular to know the angular orientation of the tool 312 with respect to the X axis of the tool holder, and therefore with respect to to the workpiece support 312, in the operational measurement position, and also makes it possible to verify that the tool 312 is in the desired orientation with respect to the workpiece support in the operational measurement position. Also, the implementation of such a method for detecting the profile of the tool 312 makes it possible to establish the profile and to verify that the tool 312 mounted on the tool holder corresponds to the expected tool (the profile detected corresponds to the expected and predetermined profile), and thus makes it possible to avoid mounting an inadequate tool on the tool holder 310.
  • the target 200 is oriented in the direction of the optical system 100, parallel to a main axis, forming a main horizontal Z direction.
  • the optical path O is orthogonal to a useful face 202 of the target 200.
  • the target 200 is now described in relation to Figures 8, 10, 11 and 12.
  • the target 200 is in the form of a pellet, here of cylindrical shape of circular section (it could be of square section or the like. ), one side of which forms the useful face 202 for carrying out the measurement.
  • this useful face 202 is therefore turned towards the optical system 100, and in particular towards the input face 102 of the optical system 100, the Z axis corresponding to the main direction (horizontal in the figures) separating the useful face 202 from the input face 102 of the optical system 100.
  • the surface of the useful face 202 of the target 200 is distributed between a first structure 210 and a second structure 220.
  • the first structure 210 comprises a flat reference face 212 whose surface is smooth and is distributed between a first portion 214 whose surface is reflective with a diffuse reflection and a second portion 216 whose surface is reflective with a specular reflection. More generally, said plane reference face 212 is distributed between at least a first portion (214) whose surface is reflective according to first reflection parameters, and a second portion (216) whose surface is reflective according to second parameters reflection different from the first reflection parameters.
  • the first portion 214 is coated with a diffusing reflective layer, for example of barium sulphate BaSO4, and the second portion 216 is formed of a reflective layer according to a specular reflection, for example of chromium.
  • the second portion 216 consists of several localized zones 217 in the form of circles forming islands arranged within the first portion 214 which is continuous. More generally, the second portion 216 is distributed according to a series of localized zones 217 positioned in the first portion 214. According to one possibility, the localized zones 217 of said second portion 216 are formed of islands or segments distributed in the first portion 214. These localized areas 217 may have other shapes, such as segments or islands other than a circle. These localized zones 217 define between them a figure
  • This geometric figure can be a geometric figure with central symmetry.
  • twenty-four localized circular areas 217 are arranged in a square.
  • the aim of this first structure 210 is to be able to identify its center C3 precisely using standard vision tools.
  • the two diagonals C1 and C2 of this square intersect at the center of the square.
  • the reference face 212 is disposed parallel to the X and Y directions, forming respectively a vertical direction (an axis) and a transverse horizontal direction (an axis) in the case of the illustrated arrangement.
  • the second structure 220 has an inclined face 222 relative to the reference face 212: this inclined face 222 is
  • this inclined face forming with respect to the reference face 212 an acute angle a of between 10 degrees and 80 degrees, for example between 20 and 30 degrees, and preferably of the order of 25 degrees ( see figure 12).
  • the surface of this inclined face 222 is not smooth but has relief elements 224 forming surface irregularities either random or else according to a predetermined geometry, for example drawing between them a shape of grid or a network of lines, thus constituting a structured grid (not shown) or a structured network of lines (see FIG. 13).
  • the surface of the inclined face 222 of the second structure 220 is striated, in particular the surface of the inclined face 222 of the second structure 220 is covered by one of the following elements:
  • Such elements in relief 224 can be protruding or recessed, that is to say set back, relative to the mean plane of the inclined face 222, in particular in the form of small roughness, or any other irregularity of surface. Such elements in relief 224 can be present over the entire surface of the inclined face 222. Such elements in relief 224 can be regularly distributed over the entire surface of the inclined face 222. For example, these elements in relief 224 can form a together
  • the surface of the inclined face 222 of the second structure 222 is for example covered by one of the elements following an engraved network or a structured grid, with a pitch between the patterns of the grid or the network between 5 and 100 micrometers, in particular between 5 and 50 micrometers, and in particular between 8 and 15 micrometers, for example of the order of 10 micrometers.
  • this inclined face 222 is made of unpolished silicon or ceramic, or unpolished metal or glass, or any other structurable material, and the elements in relief 224 have been obtained by photolithography, machining by removal chips, direct writing, etc ... or any other structuring process.
  • These elements in relief 224 form, for example, depressions and / or projections respectively set back / protruding from the mean plane by a few micrometers or by a few tens of micrometers, in particular between 0.5 micrometers and 50 microns.
  • the surface of this inclined face 222 is smooth and comprises an array of lines of chrome, or of another material causing a specular reflection of these lines of chrome. which constitute specular elements 225.
  • specular elements 225 in the form of lines are arranged parallel to each other.
  • these specular elements 225 in the form of lines or bands are arranged parallel to the Y, Z plane, so that along the inclined surface, in the Z direction, these lines are encountered one by one (i.e. also the case when advancing in direction X).
  • the substrate forming the wafer of the second structure 220 can then be in different materials, including glass or silicon, with on the inclined face 222 a diffusing reflective layer, for example in barium sulphate BaS0 4 which alternates with the specular elements. 225 or else which covers the entire surface of the inclined face, with the specular elements 225 arranged above this reflecting layer
  • specular elements 225 can be regularly distributed over the entire surface of the inclined face 222.
  • these specular elements 225 in the form of lines form a network with a pitch of 25 micrometers, the lines (in particular of chrome). having a width of 12.5 micrometers, equal to the width of
  • line spacing or portion with diffuse reflection also in the form of lines or bands 12.5 micrometers wide.
  • a pitch of 10 micrometers or more generally a pitch between 5 and 50 micrometers is used.
  • these specular elements 225 which alternate with the rest of the surface which produces a diffuse reflection, could be in other forms than continuous lines or segments forming bands, in particular broken lines or in dotted lines, patterns such as friezes of dots, circles, triangles, or any other geometric shape.
  • the inclined face 222 of the second structure 220 carries point and projecting elements in relief 224, in the form of small mounds or pins, which are distributed in rows parallel to each other, the elements of relief 224 being offset from one row to another, to form a staggered pattern.
  • the inclined face 222 of the second structure 220 carries projecting relief elements 224 in the form of segments parallel to each other and at an equal distance in two series intersecting at 90 ° to each other. .
  • This set of raised elements 224 constitutes a grid pattern. Note that this grid can be formed of two series of segments parallel to each other, with series of intersecting segments at an angle other than 90 ° from each other.
  • the inclined face 222 of the second structure 220 bears relief elements 224 recessed in the form of a series of segments parallel to each other and equidistant from each other along the X direction: these elements in relief 224 in this case form grooves.
  • This direction X is therefore orthogonal to the direction of the segments forming the elements in relief 224.
  • the surface of the inclined face 222 of the second structure 220 is therefore covered by a network of specular lines 225, namely continuous bands parallel to each other whose surface has properties specular reflection.
  • the surface of the inclined face 222 of the second structure 220 is striated.
  • the patch delimiting the target 200 comprises on its useful face 202 the first structure 210 which occupies most of the surface of the useful face 202, and within the first structure 210, an area reserved for the second structure 220.
  • the first structure 210 surrounds the second structure 220. More precisely, the localized areas 217 of the second portion 216 of the first structure 210 define a square which surrounds the second structure 220.
  • the first structure 210 and the second structure 220 are arranged on the useful face 202 in a concentric manner relative to one another. to the other.
  • the first structure 210 defines an opening 218 for a housing 219 housing said second structure 220, which is for example disposed on a wafer having the inclined face 222.
  • the second structure 220 is disposed in said housing 219 with the inclined face 222 which is is set back with respect to the reference face of said first structure 210: this means that the inclined face 22, therefore the second structure 220 is arranged behind, behind the plane delimited by the reference face 212 (with respect to the direction main Z, see FIG.
  • the target 200 comprises a protective plate 230 in a transparent material , in particular glass, covering the first structure 210 and the second structure 220 on the side of the useful face 202.
  • the target 200 comprises, in the form of a stack, the following elements.
  • a bottom wall 231 is surmounted by a plate 232 formed by a plate hollowed out in its center in order to delimit the housing 219 delimited by the opening 218 on the side of the useful face 202.
  • the plate 232 is surmounted by the protection 230 closing the housing 219. The whole is surrounded by a cylindrical wall 234 retaining the entire target 200.
  • the protection plate 230 comprises
  • the second structure 220 is for example a silicon wafer housed in the housing 219 with the inclined face 222 (bearing the elements in relief 224 or specular elements 225) turned towards the useful face 202.
  • the face of the plate 232 turned towards the useful face 202 comprises a reflecting layer 233 according to two zones as described above respectively in relation with the first portion 214 (reflecting surface according to a diffuse reflection) and the second portion 216 (reflecting surface according to a specular reflection, in particular in the form of local elements ss 217).
  • the target 200 can be equipped with an RFID (radio frequency identification) type chip, not shown, in order to allow the storage and reading of a unique identifier and of data relating to the target 200 and possibly also in connection with a tool holder 310 (see Figures 1 and 5) on which the target 200 is intended to be mounted.
  • These data can include, for example, in particular, the reference of this tool holder 310 and other information related to the use of this tool holder 310 (for example its serial number, its type, its setting relative to the material center. or workpiece support 320, the number of times it has been used ).
  • the target 200 (and the possible RFID chip) is mounted on the portion of the tool holder 310 forming a clamp.
  • This optical system 100 is intended to take simultaneously, during the same sequence of shots, both an image of the first structure 210 of the target 200 and at the same time an image of the second structure 220 of the target 200. According to the present text, this simultaneous shooting of the two images is carried out without focusing, which allows a great speed of execution of this shooting.
  • the applicant company has produced an optical three-dimensional measuring device 10 in accordance with the present description which achieves in half a second or less a repeatable relative measurement with an accuracy of one micrometer or less.
  • the optical system 100 comprises the first shooting system 110 and the second shooting system 120.
  • said optical system 100 is arranged so that the difference between the focal length of the second system of 120 and the focal length of the first shooting system 110 is between the minimum distance and the maximum distance separating the reference face 212 from the inclined face 202.
  • the depth of field DF01 of the first shooting system 110 is much greater and in particular at least 10 times greater than the depth of field DF02 of the second shooting system 120.
  • the depth of field DF01 of the first shooting system 110 is between 10 and 10,000, or even between 100 and 5,000 greater than the DF02 depth of field of the second shooting system 120.
  • the DF01 depth of field of the first shooting system 110 is greater than or equal to 0.8 millimeter, or it is between 0.5 and 5 millimeters, or it is between 0.8 and 3 millimeters, or it is between 1 and 2 millimeters.
  • the depth of field DF02 of the second shooting system 120 is less than or equal to 0.1 millimeter, or it is between 5 and 50 micrometers, or it is between 8 and 30 micrometers, or well it is between 10 and 20 micrometers.
  • the first shooting system 110 is configured so that its image focal plane F1 is capable of
  • the second shooting system 120 is configured so that its image focal plane F2 is able to intersect with the inclined face 222 of the three-dimensional target 200.
  • the first image capture system 110 to naturally and without further adjustment, its focus on the entire reference face. 212 of the first structure 210 in a range of distance between the target 200 and the first shooting system 110 which can vary over a few millimeters.
  • the second shooting system 120 is able to naturally and without any other adjustment, its focusing on the portion of the inclined face 222 of the second structure 210 which is at the distance from the second shooting system. 120 corresponding to the focal length of the second image capture system 120.
  • the magnification of the first image capture system 210 is smaller than the magnification of the second image capture system 220.
  • the optical system 100 is arranged so that the optical path of the first shooting system 110 and the optical path of the second shooting system 120 have a common section placed on the optical axis O of the optical system 100 and comprising the image focal plane F1 of the first system of 110 and the image focal plane F2 of the second image capture system 120.
  • the optical system 100 is arranged such that the optical path from the object passes through at least a portion of the image. one of the first and second shooting system 120 before reaching the other of the first and second shooting system 120.
  • the first image acquisition system 112 of the first image capture system 110 and the second image acquisition system 122 of the second image capture system 120 are synchronized in order to take simultaneously a first image by the first image capture system 110 and a second image by the second image capture system 120.
  • the target and the optical system 100 belong to an optical device 10 for measurement which is configured to allow by a single step of shooting the target 200 by the optical system 100 to determine the three-dimensional relative position between the support of the workpiece 310 and the tool holder 320.
  • the first image pickup system 210 is turned in the direction of the useful face 202 of the target 200 and forms a camera system.
  • the second pickup system 120 has an optical path 126 which joins the optical path 116 of the shooting system 110 aligned with the target 200 and forms a shooting system eccentric with respect to the target 200, with respect to the optical axis O of the optical system 100, and with respect to the portion common optical paths 116 and 126 (common portion aligned with the target).
  • the optical path of the shooting system aligned with the target 200 is substantially perpendicular to the reference face 212.
  • the first shooting system 210 is turned towards the useful face 202 of the target 200, namely that the first shooting system 210 is oriented perpendicular to the useful face 202 of the target 200.
  • the optical axis O and the common portion of the optical paths 116 and 126 are aligned with the target 200 and are perpendicular to the useful face 202 (and therefore to the reference face 212) of the target 200.
  • the optical axis O and the common portion of the optical paths 116 and 126 are parallel to the main direction Z, and are orthogonal to the transverse directions X and Y, as well as to the plane X, Y.
  • the focal length of the second image capture system 120 is greater than the focal length of the first image capture system 110.
  • the difference between the focal length of the second capture system 120 and the focal length of the first image capture system 110 is between 0.5 and 5 millimeters.
  • the magnification of the first imaging system 110 is less than or equal to the magnification of the second imaging system 120.
  • the magnification of the first imaging system 110 is between 0.2 and 1 times the magnification of the second image capture system 120.
  • the magnification of the first image capture system 110 is between 0.3 and 0.8, or else between 0.4 and 0.6, preferably around 0.5 times the magnification of the second shooting system 120.
  • the optical system 100 further comprises the aforementioned light source 140 in relation to Figures 1 and 4, oriented in the direction of the tool holder 310 and adapted to be oriented in direction of the three-dimensional target 200, this light source 140 being arranged so as to be able to constitute a lateral illumination of the three-dimensional target 200.
  • this light source 140 is arranged eccentrically and inclined with respect to the path optics 116 + 126 of the optical system 100.
  • the light rays of the light source 140 form with the reference face 212 of the target an angle such as their specular reflection on the surfaces
  • the inclined face 222 comprises specular elements 225
  • the reflection of the light rays from the source light 140 on these specular elements 225 does not penetrate the optical system 100.
  • the first shooting system 210 used and the second shooting system 220 used are
  • telecentricity is a characteristic of an optical system in which all the main rays (the central ray of each beam of rays) which pass through the system are
  • the first camera system 210 used and the second camera system 220 used are not or not both telecentric. In the case where they are both telecentric, they can also be used to measure the geometric characteristics of the tools arranged on the tool holder 310 as already described previously or in the remainder of this text.
  • the machining module 300 comprises the target 200 described above, which is mounted on the tool holder 310 (see FIG. 1).
  • This target 200 comprises the useful face 202 which forms a positioning reference capable of being placed in the optical axis O of the optical system 100 when the tool holder is in a predetermined angular position around its axis X (after rotation according to the arrow R of Figure 1) and in a predetermined axial position along its X axis (see Figures 6, 7 and 8), forming a referencing position of the tool holder 310 relative to the workpiece support 320.
  • the target 200 is arranged so that the image focal plane of the optical system 100 can be coincident with the useful face 202 of the target.
  • the target 200 is arranged so that the image focal plane F1 of the first shooting system 110 of the optical system 100 can be merged with the useful face 202 of the image. target (see FIG. 12), and so that the image focal plane F2 of the second image capture system is able to intersect with the inclined face 222 of the target 200 (the focal length of the second image capture system 120 ) is able to place the image focal point F2 of the second shooting system 120 on the second structure 220 of the target 200).
  • the optical system 100 is mounted on the workpiece support 320 (see FIG. 1) and receiving the workpiece 322.
  • the workpiece support 320 extends in its main horizontal direction, corresponding to the Z axis, with the possibility of rotating around this Z axis. Then, the workpiece support 320 and the tool holder 310 are placed in a close position, prior to a machining step, placing the tool 312 and the workpiece 322 nearby from each other, in a relative measuring position.
  • the positioning of the target 200 on the tool holder 310 and the positioning of the optical system 100 on the workpiece support 320 allow that in this relative measurement position, the target 200, and more precisely the reference face 202, can be placed in the extension of the optical axis O of the optical system 100 (note that this optical axis O is parallel to the direction Z).
  • the reference face 202 of the target 200 is turned towards the input face 102 of the optical system 100.
  • the optical device 10 further comprises a third shooting system 130 disposed on the tool holder 310 and configured to identify the orientation of the useful face 202 of the target 200 and / or the angular orientation of the rotating part of the tool holder 310, in particular around the X axis.
  • An additional preliminary step of positioning the target 200 is carried out before the step of simultaneous shooting. with said optical system 100, according to which:
  • the tool holder 310 and the workpiece support 320 are placed so that the useful face 202 of the three-dimensional target 200 is located in the optical path O of the optical system 100.
  • the third taking system can be used. view 130 to identify the angular orientation of the target 200 with respect to the rotating part of the tool holder 310, therefore with respect to the X axis, which makes it possible to modify, if necessary, the angular orientation of the rotating part of the tool holder 310 (see arrow R in FIG. 6), and thus place the target 200 so that its useful face 202 is turned in the direction of the optical system 100.
  • the relative measuring position is obtained in which when the target 200 is oriented towards the optical system 100 as explained previously in the case of FIGS. 6 and 8: in this case, the Z direction extends between the target 200 and the optical system 100.
  • the optical device 10 further comprises a third imaging system 130 disposed on the tool holder 310 and configured to locate the angular orientation of the tool holder 310 around its X axis. in the presence of a target 200, this third imaging system 130 also or only makes it possible to identify the orientation of the useful face 202 of the target 200 around the X axis of the tool holder 310.
  • the optical device 10 When the optical device 10 is used for the first time, namely the optical system 100 and an associated target 200, respectively mounted on a workpiece support 320 and on a tool holder, an additional, prior step must be carried out , spatial referencing of 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.
  • the parameters of the optical system 100 to namely the first image capture system 110 and the second image capture system, including their focal length.
  • this thermal stability generates dimensional stability for the optical device 10 and therefore of its parameters.
  • three-dimensional between the target 200 and the optical system 100 is used in the case of a machine tool to ultimately know the relative three-dimensional position in X, Y and Z between the tool holder 310 and the workpiece support 320.
  • the three directions X, Y and Z are, for example, the axes of the machining module 300 of the machine tool.
  • Z can be defined as being the main axis, namely the main horizontal direction separating the first object (the tool holder 310) from the second object (the workpiece support 320).
  • X can be defined as the vertical direction or more generally a first transverse axis and Y can be defined as a lateral horizontal direction or more generally a second transverse axis.
  • the tool holder 310 rotates about an axis parallel to this X direction.
  • This first image comprises the image of the localized zones 217, here delimiting a square (see figure 10), so that the processing of the first image generates the diagonals C1 and C2 of the square and makes it possible to identify the center C3 of the square .
  • the processing of the second image is carried out, an example of which is visible in FIG. 15A.
  • the position X0 in the vertical direction X of the sharp zone of the second image is determined. This analysis is carried out via an algorithm making it possible to determine the sharpest pixels of the image.
  • the inclination of the inclined face 222 is known, there is a correspondence curve between X and Z of this inclined face 222, specific to the target 200. Thanks to this correspondence curve, knowledge of the position X0 ( see FIG.
  • the actual measurement can be carried out whenever necessary during the operations of using the machining module. 300 equipped with this target 200 and this optical system 100, not disassembled in the meantime in order to maintain the precision of the measurement of the spatial referencing described above.
  • one is for example with the arrangement of FIG. 6.
  • One carries out, if necessary, a rotation of the workpiece support 320 around its axis of rotation which is parallel to the axis X (see arrow R in FIG. 1), in order to align the target 200 with the optical system 100.
  • a shooting is activated by the optical system 100, which generates on the one hand the generation by the first image acquisition system 112 of the first shooting system 110 of a first image of the entire useful face 202 of the target 200 with the entire reference face 212 which is clear and, on the other hand, the generation by the second acquisition system of images 122 of the second imaging system 120 of a second image of the entire tilted face 222 of the target 200 with only a sharp area as a horizontal stripe
  • optical system 100 the position in X, Y and Z of the target 200 relative to the optical system 100 and starting from the tool holder 310 relative to the workpiece support 320. This is possible because we know the position in X, Y and Z of the optical system 100 with respect to the part support 320 which supports it.
  • both the first image capture system 110 and the second image capture system 120 which are both used (in particular from simultaneously) and therefore it is both the first image acquisition system 112 and the second image acquisition system 112 which generate one (or more) image (s) of the end portion 313 of tool 312.
  • the end portion 313 is arranged so that the image focal plane F1 of the first imaging system 110 of the optical system 100 can be merged with a portion of the surface of the portion d. 'end 313, and so that the image focal plane F2 of the second imaging system is adapted to intersect with a portion of the surface of the end portion 313: thus, the focal length of the second imaging system.
  • view 120 is suitable for placing the image focus F2 of the second shooting system 120 on a portion of the surface of the end portion 313.
  • the image taken by the second shooting system 120 allows the clear zone to have precise information on the distance along the Z axis from the position of the end portion 313 of the tool 312 with respect to the optical system 100 (and therefore of the workpiece support 320) and the image taken by the first imaging system 110 is an image of the entire visible face of the end portion 313 of tool 212 with all or a large part of this image being sharp.
  • This image of the end portion 313 taken by the first image capture system 110 makes it possible to provide a map of this portion.
  • end 313 of the tool 212 including viewing the line of the edge of this end portion 313 of the tool 212 seen in projection along the Z axis and forming the profile or part of the profile of this portion of end 313.
  • the first image capture system 110 which is used and therefore it is the first image acquisition system 112 which generates one (or more) image (s) of the end portion 313 of the tool 312.
  • this image makes it possible to detect the edge of the tool as seen by the first imaging system 110.
  • This is the edge, namely the contour, of the end portion 312 of the tool 312, seen in projection in the plane (X, Y) orthogonal to the direction Z, itself parallel to the optical axis O of the optical system.
  • the shape (in this case the line) of this edge of the tool 312 resulting from the image taken by the first imaging system 110 provides information on the geometry of the end portion 313 of the tool. 312 mounted on the tool holder 31 at the time of shooting.
  • This image also makes it possible to identify the cutting edge (s) (in projection) as it (s) is (are) seen by the first shooting system 110.
  • This registration is both in position, especially with respect to the edge, than in geometry (shape on the image of the line corresponding to the cutting edge). It is understood that these shooting operations of the end portion 313 of the tool can be repeated several times after a rotation along the X axis of the tool holder 310, in particular a rotation of a few degrees or 10 at 20 °, to have different shots of the end portion 313 from the optical system 100, at different angles. All these images allow a three-dimensional reconstruction of the shape (of the profile) of the end portion 313 of the tool 312.
  • a method for detecting the wear of a tool 312 in a machine tool in which the method for detecting the profile is implemented. of the tool as described above (according to one or other of the implementation possibilities described above), which generates information (including at least one image) representative of the profile of the end portion 313 of the tool in a first state, and which further comprises the following steps:
  • the comparison of the information related to the image (or to the images) of the end portion 313 of the tool in its first state and in its second state makes it possible to determine, follow and to qualify tool wear, including rate of wear, type of wear, speed of wear.
  • This procedure makes it possible, for example, to construct a wear curve as the image is taken in parallel with the use of the tool, in particular for a first tool of a series of identical tools. With each new tool in this series of identical tools, we can redo the wear curve from the information linked to the images taken, or adapt the wear curve already established in order to form a wear chart for this type of wear. 'tools.
  • the angular orientation of the tool 312 with its modified profile, relative to the X axis of the tool holder, and therefore relative to the workpiece support 312, in the operational measurement position and also makes it possible to verify that the The tool 312 with its modified profile is in the desired orientation relative to the workpiece support 310 in the operational measurement position.
  • the implementation of such a method for detecting the wear of the tool 312 makes it possible to establish the profile and to verify that the tool 312 mounted on the tool holder corresponds to the expected tool (the detected profile corresponds to the expected and predetermined profile), and thus makes it possible to avoid mounting a tool in an inadequate state on the tool holder 310.
  • this machine tool also comprises a unit for monitoring the wear of the tool 306 (FIG. 1 ) which is capable of calculating the deviation of the profile of the tool from the information supplied by said unit 304 for detecting the profile of the tool 312.
  • said unit for monitoring the wear of the tool 306 allows, when said deviation of the profile of the end portion 313 of the tool 312 exceeds a deviation
  • machining parameters include in particular information for the movement of the tool holder 310, which is transmitted to said control unit of the tool holder 302. In particular, if this deviation of the profile exceeds a threshold deviation then the information related to the new one. tool profile are used to recalculate machining parameters including modified information for the movement of the tool holder 310, which is transmitted to said tool holder control unit 302.
  • said holder control unit tool 302 receives this modified information, which makes it possible to adapt the machining steps according to the measurement of the profile of the tool by the detection unit 304.
  • a machining module 300 with a tool holder 310 extending along the X axis which is vertical with a Y axis of the machining module 300 which is horizontal, still with a tool 312 rotating around a axis parallel to the X axis, and a tool holder 310 mobile along the X axis.
  • a machining module 300 is implemented according to the invention with a tool holder 310 'carrying a series of tools 312, 312', 312 ", 312 '" parallel to each other and aligned in the Y direction (vertical).
  • Each tool 312, 312 ', 312 ", 312”' of the series of tools extends along the X axis which is horizontal, each tool 312, 312 ', 312 “, 312'” being rotary (arrow A) around an axis parallel to the X axis via a rotating part of the tool holder 310 '(for example a spindle) which carries one of the tools 312, 312', 312 ", 312 '”; the tool holder 310 ′ being movable in translation along the X axis and along the Y axis, and preferably also in rotation about the vertical Y axis (arrow B).
  • the tool holder 310 ′ is equipped with more than one (at least one) target 200, possibly associated with an RFID chip as explained above.
  • two targets 200 are arranged on the rear part of the tool holder 310 'which is not rotatable about an axis parallel to the X axis. shown) one target 200 per tool 312, 312 ', 312 ", 312'” at the rotating part of the tool holder 310 '(for example a spindle) which carries one of the tools 312, 312', 312 ", 312 '".
  • Reference face First portion (reflective surface according to diffuse reflection)
  • Second portion (reflective surface according to specular reflection)

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Abstract

L'invention concerne un module d'usinage (300) par enlèvement de matière pour une machine-outil comprenant : - un support de pièce (320) destiné à recevoir une pièce à usiner (322), - une unité de commande du support de pièce (308) apte à commander et à modifier la position du support de pièce (320) dans le module d'usinage (300), - un porte-outil (310) destiné à recevoir un outil (312) présentant une portion d'extrémité (313) utile pour l'usinage de la pièce; - une unité de commande du porte-outil (302) apte à commander et à modifier la position du porte-outil (310) dans le module d'usinage (300), - une unité de détection du profil (304) de l'outil (312) monté sur le porte-outil, qui comprend un système optique (100) monté sur le support de pièce (320) et permettant de déterminer le profil de ladite portion d'extrémité (313) de l'outil (312) monté sur le porte-outil (302).

Description

Module d'usinage et machine-outil avec une unité de détection du profil de l'outil, et procédé de détection du profil de l'outil
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne le domaine des machines-outils. La présente invention concerne également le domaine de la détection optique de la position d'un outil in situ dans un module d'usinage, et notamment au sein d'une machine-outil. La présente invention concerne également le domaine de la détection optique du profil d'un outil in situ dans un module d'usinage, et notamment au sein d'une machine-outil. Il s'agit en particulier d'une machine-outil formant une machine d'usinage par enlèvement de matière et notamment pour une étape d'usinage en rotation (tournage, décolletage....), y compris une machine -outil à commande numérique.
[0002] Dans le domaine de la machine-outil, il existe un besoin de connaître précisément la position d'un outil monté sur le porte-outil. Il est également utile de connaître l'évolution de l'usure de cet outil. Ces informations sont utiles afin d'assurer une gamme d'usinage conforme au plan d'usinage développé pendant la mise au point.
[0003] La fabrication de pièces au moyen de modules d'usinage
(machines-outils), notamment de décolleteuses, de tours automatiques, de centres de tournage-fraisage, de fraiseuses, de centres d'usinage et de machines transferts, comporte typiquement trois phases distinctes :
[0004] Dans une première phase de mise au point (ou préréglage), l'opérateur (par exemple un décolleteur) définit et teste sur un module d'usinage le plan d'usinage, c'est-à-dire la succession d'opérations et de déplacements d'axes nécessaires pour obtenir la pièce à usiner désirée. L'opérateur veille par exemple à obtenir le plan d'usinage le plus efficace possible, c'est-à-dire celui qui permet d'usiner une pièce donnée avec un minimum d'opérations et en évitant les collisions entre outils ou avec la pièce. Il choisit les outils à employer, et vérifie la qualité des pièces obtenues, par exemple les états de surface, le respect des tolérances, etc.
[0005] Dans une deuxième phase de production, une série de pièces est produite sur le module d'usinage préréglé, avec les paramètres définis lors de la mise au point. Cette phase est la seule phase productive ; elle est souvent effectuée 24h sur 24, le module d'usinage étant alimenté en matière brute au moyen d'un ravitailleur ou d'un chargeur de lopins (pièces brutes).
[0006] Il arrive que la production d'une série de pièces soit interrompue, par exemple pour remplacer les outils usés, pour produire un autre type de pièces sur le même module d'usinage, pour la maintenance de la machine, etc, puis reprise ultérieurement. Dans un tel cas, une phase de mise en train est nécessaire pour appliquer les paramètres définis précédemment lors de la mise au point. Cette mise en train est plus rapide que la mise au point.
[0007] Lors de la mise en train, il est souvent nécessaire de remplacer les outils montés sur la machine par un autre jeu d'outils adaptés à l'usinage qui doit être effectué. La précision du positionnement de ces outils, mais aussi le taux d'usure de ces outils, détermine la qualité de l'usinage, mais ces paramètres sont difficiles à reproduire lors de mises en train successives.
[0008] De plus, pendant la phase de production, il n'est pas impossible d'avoir au fur et à mesure de l'usinage de nouvelles pièces, et en
particuliers pour de grandes séries, des dérives de position entre le porte- outil et le support de pièce, dérives notamment dues à la dilatation thermique des machines. Par ailleurs, la connaissance de l'usure de la portion d'extrémité de l'outil qui est utile pour l'usinage, formant la zone de coupe et comprenant une ou plusieurs arêtes de coupe, est
déterminante pour le maintien d'une qualité d'usinage. L'évolution de cette usure, appelé en général taux d'usure, mais qui en réalité recouvre différents processus d'usure, parfois présents en combinaison n'est bien souvent jamais contrôlée, et si elle l'est c'est au travers d'une installation annexe, ce qui nécessite un temps additionnel pour ce contrôle et pour le démontage/remontage de l'outil dans le module d'usinage.
[0009] En conséquence, pendant le processus d'usinage, non seulement l'utilisation d'outils usés non adaptés à l'usinage souhaité d'une pièce, voire la casse d'outils de coupe, mais encore le contrôle de l'usure dans une installation dédiée séparée du module d'usinage, provoquent des effets préjudiciables à la productivité et à la rentabilité des installations de production.
[0010] Il est important de pouvoir conserver les paramètres machines aboutissant au strict respect du cahier des charges de la pièce à usiner, tout en optimisant le pourcentage du temps de production de la machine-outil, mais en optimisant également la durée d'utilisation de chaque outil. Dans la pratique, les séquences d'instructions pilotant la machine-outil ne sont pas revues ou seulement de manière ponctuelle, et ce alors que la portion d'extrémité de l'outil présente, tout au long de sa durée d'utilisation, une évolution progressive de son profil modifiant la géométrie et
l'emplacement des arêtes de coupe.
[0011] Il existe de nombreux scénarii d'évolution du profil de l'usure de l'outil au cours de son utilisation : on peut citer par exemple l'usure en dépouille (bande d'usure sur face frontale), l'usure en entaille, l'usure en cratère, usure engendrant une déformation plastique (dépression ou renflement), formation d'une arête rapportée, usure créant un écaillage en dehors de la zone de coupe, écaillage de l'arête de coupe, usure générant une fissure thermique, rupture de l'arête de coupe .
[0012] Il peut être intéressant d'évaluer l'usure de l'outil non seulement par la perte de matière sur sa zone de coupe, mais également en surveillant l'évolution de la forme de son profil afin d'anticiper sur le type d'usure rencontrée et donc modifier un ou des paramètres d'usinage et/ou de position différent(s) de la machine-outil en fonction du type d'usure rencontrée. Ainsi, par exemple, en cas d'usure en entaille on peut choisir de modifier la profondeur de coupe tandis qu'en cas d'usure par déformation plastique, on peut décider d'augmenter le débit d'arrosage du liquide de refroidissement.
Etat de la technique
[0013] Certaines solutions empiriques préconisent le remplacement de l'outil par nombre de pièces usinées. Non seulement ces solutions n'optimisent pas la rentabilité de l'outil de production, surtout dans le cas d'outils spéciaux, chers ou difficiles à se procurer, mais de plus elles ne garantissent pas la casse intempestive d'un outil ou les conséquences néfastes de son usure sur la qualité de la pièce fabriquée.
[0014] Il existe des systèmes d'évaluation ou de mesure de l'usure des outils de coupe par palpage (avec contact) ou sans contact (détection visuelle, laser ou avec champ électrique) pour valider l'intégrité ou la recevabilité de l'outil de coupe (par exemple une fraise ou un foret). Ces contrôles sont effectués en dehors du processus et du module d'usinage, ce qui engendre une période de temps sans production, incompatible avec les besoins d'une production en grande série. De telles techniques sont présentées dans les documents US2006021208, CA2071764A1,
US2014233839 ou FR2952196.
[0015] On peut encore citer des systèmes de surveillance pour identifier la casse d'un outil, basés sur la mesure par des capteurs de signaux émis par la machine-outil, notamment la mesure acoustique ou la mesure d'effort (force, couple, puissance effective...) sur des parties mécaniques telles que des leviers de cames ou les broches des machines. En comparant le signal détecté (vibration, bruit, pression....) avec un signal type préalablement enregistré par le système de surveillance au cours d'un cycle d'usinage normal, on peut déclencher un signal d'alerte lorsque le signal enregistré s'écarte trop du signal type. [0016] Le document US2018111240 décrit une solution dans laquelle le dispositif de mesure sans contact utilise une barrière lumineuse s'étendant entre un élément émetteur de lumière et un élément receveur de lumière, pour détecter la position d'un outil d'usinage rotatif. Du fait de la proximité entre la portion utile de l'outil et les éléments émetteur et receveur de lumière, cette technologie requiert des moyens de protection notamment pour ne pas endommager lesdits éléments émetteur et receveur de lumière avec l'huile et les copeaux présents dans
l'environnement proche de l'outil. De plus, ce système permet de savoir si l'outil touche ou non la barrière lumineuse mais ne donne aucune information sur la position précise ni sur le profil de la portion d'extrémité de l'outil.
[0017] Le document FR2645782 décrit un système de contrôle de bris d'outil sur un centre d'usinage équipé d'une machine-outil à commande numérique. Deux caméras effectuent des prises de vue de l'outil avant et après un usinage, et la comparaison entre les images permet de détecter une anomalie sur l'outil. Le document EP3021183 propose un dispositif intégré dans une machine-outil, pour le contrôle et la correction de la position du bord de coupe d'un outil sur le porte-outil via une caméra. Ces installations nécessite cependant de recourir à un référentiel
supplémentaire dans la machine-outil, à savoir un référentiel propre à la caméra, permettant de situer la caméra dans la machine-outil et partant par rapport à chacune des parties de la machine-outil. Un tel agencement engendre potentiellement des erreurs supplémentaires sur la position de l'outil, notamment par rapport à la pièce à usiner.
[0018] Le document EP0377374 propose un système de localisation de la position d'un outil d'usinage par rapport à la machine-outil. On utilise une caméra qui compare deux images perpendiculaires d'un gabarit de bloc de position connue avec des images correspondantes, affichées
ultérieurement, du système d'outils.
Le document EP2426555 présente un appareil pour détecter le déplacement d'un outil de coupe par rapport à une pièce. Cet appareil comporte une caméra qui est montée fixe dans une partie de la machine-outil qui comporte également la pièce à usiner montée sur un mandrin et le porte- outil.
Egalement, on peut citer le document JPH07246547 qui utilise un système de détection pour détecter les coordonnées d'un outil, qui est composé d'un réflecteur installé sur un arbre de montage d'outil , et d'un dispositif de mesure de type comportant des interféro mètres laser pour détecter les coordonnées de l'outil.
[0019] Il ressort de ce qui précède qu'il existe un besoin pour la détermination améliorée (plus régulière, plus rapide et/ou plus précise) du profil de la portion d'extrémité (portion utile pour l'usinage) d'un outil en cours d'utilisation lors d'un usinage par enlèvement de matière.
Bref résumé de l'invention
[0020] Un but de la présente invention est de proposer un module d'usinage pouvant déterminer le profil de la portion d'extrémité d'un outil monté sur le porte-outil d'un module d'usinage. [0021] Un autre but de l'invention est de pouvoir déterminer
rapidement la position ou le profil, ou à la fois la position et le profil, de la portion d'extrémité d'un outil monté sur le porte-outil. Ainsi, on cherche à proposer une solution permettant de déterminer le profil (la position) de la portion d'extrémité de l'outil sans démonter l'outil ou le porte-outil pour ne pas perdre non seulement du temps mais avant toute chose ne pas modifier les références de positionnement de l'outil dans le porte-outil et du porte-outil dans la machine-outil.
[0022] Un autre but de la présente invention est de proposer un module d'usinage exempt des limitations des modules d'usinage connus. [0023] Selon l'invention, ces buts sont atteints notamment au moyen d'un module d'usinage par enlèvement de matière pour une machine-outil comprenant :
- un support de pièce destiné à recevoir une pièce à usiner,
- une unité de commande du support de pièce apte à commander et à modifier la position du support de pièce dans le module d'usinage,
- un porte-outil destiné à recevoir un outil présentant une portion d'extrémité utile pour l'usinage de la pièce montée sur le support de pièce ;
- une unité de commande du porte-outil apte à commander et à modifier la position du porte-outil dans le module d'usinage,
- une unité de détection du profil de l'outil monté sur le porte-outil, ladite unité de détection comprenant un système optique permettant de déterminer le profil de ladite portion d'extrémité de l'outil monté sur le porte-outil, dans lequel ledit système optique est monté sur le support de pièce.
[0024] Cette solution présente notamment l'avantage par rapport à l'art antérieur de placer les moyens de mesure et de détection de la portion d'extrémité de l'outil, in situ dans le module d'usinage, donc dans la machine-outil. Un des avantages de cette configuration réside dans le fait que la mesure ou prise de vue de la portion d'extrémité de l'outil étant effectué en local là où se déroulent les opérations d'usinage, la mesure ou image en résultant correspond effectivement à la réalité instantanée de la forme/géométrie/position de la portion d'extrémité de l'outil sans artefact. Ainsi, si l'outil présente une déformation due à la température locale du module d'usinage, cette dérive thermique est prise en compte alors qu'en cas de recours à un module de mesure séparé de la machine-outil, l'outil aura refroidi et la mesure comportera un artefact dû au changement de température. Un autre avantage réside dans le fait que puisque le système optique est rattaché au support de pièce, tout le référencement spatial entre le support de pièce et le porte-outil sert de référencement entre le système optique et l'outil vu par le système optique : on évite l'artefact de mesure dû au changement de référentiel intervenant si l'outil/le porte-outil est installé dans un module de mesure séparé de la machine-outil.
[0025] En effet, ladite unité de détection forme une unité de mesure du profil et donc de l'usure de l'outil qui est intégrée au module d'usinage. Cet agencement permet le contrôle in-situ de l'usure de l'outil, c'est-à-dire au sein même du module d'usinage, donc sans démonter l'outil du porte-outil, et sans contact avec l'outil. A cet effet, ladite unité de détection est disposée dans le module d'usinage, en particulier à proximité du porte- outil. Au surplus, on comprend que placer le système optique, apte à regarder la portion d'extrémité de l'outil monté sur le porte-outil, directement sur le support de pièce, en tant qu'un élément du support de pièce, permet de gagner notamment en temps de traitement (le système optique est déjà positionné pour effectuer la détection de la portion d'extrémité de l'outil) et en précision (la position du système optique au sein du porte-outil étant connue précisément et étant fixe, on évite d'ajouter à la détermination de la position relative entre le système optique et la portion d'extrémité de l'outil une erreur liée à la détermination de la position relative entre le système optique et le porte-outil).
[0026] Dans le présent texte, l'expression « support de pièce » s'entend au sens de « module de la machine-outil comprenant les éléments permettant le montage et la tenue (notamment par serrage) et le
démontage de la pièce à usiner, ainsi que le déplacement de la pièce à usiner dans l'espace du module d'usinage de la machine-outil ». Ce support de pièce est généralement appelé « broche matière ». Egalement, dans le présent texte, l'expression « porte-outil » s'entend au sens de « module de la machine-outil comprenant les éléments permettant le montage et la tenue (notamment par serrage ou autre) et le démontage d'un outil ou de plusieurs outils, ainsi que le déplacement de cet (ces) outil(s) dans l'espace du module d'usinage de la machine-outil ».
[0027] Ainsi, il ne sera pas nécessaire de baser la décision du
remplacement de l'outil de coupe et/ou du changement des paramètres de coupe uniquement sur des modèles mathématiques de représentation de la loi d'usure de l'outil de coupe et des éventuelles courbes expérimentales qui ne sont pas toujours disponibles, ou tout au moins pas existantes avec toute la gamme de paramètres en présence. Grâce à l'invention, il sera, de plus possible, d'augmenter le domaine exploré et donc la bibliothèque de courbes expérimentales par intégration, par exemple dans une base de données, des mesures de profil effectuées avec le module d'usinage selon l'invention.
[0028] Il est ainsi possible d'optimiser de façon personnalisée la durée d'utilisation propre à chaque outil, et ce même dans une série d'outils similaires. Par exemple, il sera possible de raccourcir la durée d'utilisation d'un outil si les paramètres d'évolution de son usure dépassent une limite prédéfinie, et ce notamment car la réalité de l'évolution de l'usure de l'outil est plus défavorable que le modèle d'usure théorique, ou de l'allonger si les paramètres d'évolution de l'usure ne dépassent pas la limite prédéfinie car la réalité de l'usure de l'outil est plus favorable que le modèle d'usure théorique.
[0029] Dans un mode de réalisation, le système optique appartient à un dispositif optique de mesure qui est configuré pour permettre par une unique étape de prise de vue par le système optique de déterminer la position relative tridimensionnelle entre le support de la pièce à usiner et le porte-outil. Notamment, le système optique effectue une prise de vue du porte-outil, par exemple d'une zone spécifique du porte-outil et selon une possibilité, le système optique effectue une prise de vue d'une cible montée sur le porte-outil et formant une référence de positionnement.
[0030] La présente invention porte également sur une machine-outil comprenant un module d'usinage tel que décrit dans le présent texte, cette machine-outil présentant en outre une unité de suivi de l'usure de l'outil qui est apte à calculer la déviation du profil de l'outil à partir des informations fournies par ladite unité de détection. Il s'agit d'une utilisation du module d'usinage pour analyser l'état de l'outil et en particulier son usure.
[0031] Ainsi, on comprend qu'il est ainsi possible à partir de l'unité de détection et des informations fournies sur l'état de l'outil en cours d'usinage, d'analyser l'état de l'outil, son taux d'usure, et/ou sa dérive de forme, et ce en particulier s'agissant de la zone de coupe. [0032] L'invention porte également sur :
- un procédé de détection de la position d'un outil,
- un procédé de détection du profil d'un outil, et
- un procédé de détection de l'usure d'un outil dans une machine-outil, cet outil étant monté sur un porte-outil dans un module d'usinage comprenant un support de pièce et un porte-pièce
[0033] Ces procédés seront explicités et décrits plus avant dans la description détaillée.
Brève description des figures
[0034] Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles :
- La figure 1 illustre en perspective un module d'usinage selon un mode de réalisation l'invention ,
- La figure 2 représente en perspective un agrandissement de la portion II de la figure 1, montrant un outil différent monté sur le porte-outil,
- La figure 3 représente en perspective un agrandissement de la portion d'extrémité de l'outil qui est utile pour l'usinage d'une pièce, dans une configuration d'endommagement suite à une usure, selon la portion III de la figure 2,
- La figure 4 illustre l'utilisation du système optique du module d'usinage pour la détermination de la position et/ou du profil de l'outil dans le porte- outil ,
- La figure 5 représente en perspective et en éclaté un porte-outil équipé d'une cible tridimensionnelle,
- La figure 6 illustre l'utilisation du dispositif optique du module d'usinage pour la détermination de la mesure dans l'espace de la position relative entre le porte-outil et le support de pièce (encore appelée broche matière)
- La figure 7 est une autre vue en perspective correspondant à la figure 6,
- La figure 8 illustre le dispositif optique dans l'étape de repérage tridimensionnel entre le porte-outil et le support de pièce, grâce à la cible tridimensionnelle,
- La figure 9 montre la partie de la figure 6 correspondant au porte-outil avec la cible tridimensionnelle, depuis la direction IX de la figure 6, soit selon la direction Z, comme le voit le système optique lorsque la cible est orientée en direction du système optique,
- Les figures 10, 11 et 12 sont trois vues illustrant la structure de la cible tridimensionnelle, respectivement de face, en perspective et en coupe, et les figures 13 et 14 sont des vues en perspective de la deuxième structure de la cible respectivement telle que sur les figures 10, 11 et 12 et selon une variante de réalisation,
- les figures 15A et 15B illustrent le traitement de l'image générée par le deuxième système de prise de vue du système optique,
- la figure 16 représente en perspective est une autre vue en perspective correspondant à la figure 4 et montrant l'utilisation du dispositif optique du module d'usinage pour la détermination du profil de la portion d'extrémité de l'outil,
- la figure 17 illustre en perspective et partiellement un module d'usinage selon un autre mode de réalisation l'invention,
- la figure 18 illustre en perspective une variante de porte-outil portant une série d'outils alignés verticalement, chaque outil étant orienté selon un axe horizontal autour duquel il est monté rotatif, et - la figure 19 illustre en perspective un module d'usinage selon encore un autre mode de réalisation l'invention.
Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention
[0035] Si l'on se reporte à la figure 1, le module d'usinage 300 comporte un support de pièce 320 et un porte-outil 310. Le support de pièce 320 peut être prévu pour être monté de manière amovible sur le module d'usinage 300, notamment via des moyens de fixation amovibles. Comme on le voit sur la figure 1, sur le support de pièce 320 est montée de façon amovible une pièce à usiner 322 (une barre brute ou lopin est représentée). Le support de pièce 320 comporte ce que l'on appelle une broche matière, à savoir comprenant, par exemple, une pince, un mandrin, un canon de décolleteuse, ou encore une palette ou un porte-palette. La direction principale du support de pièce 320 correspond à la direction Z. Le porte- outil 310 peut être prévu pour être monté de manière amovible sur le module d'usinage 300, notamment via des moyens de fixation amovibles. Comme on le voit sur la figure 1, sur le porte-outil 310 est montée de façon amovible un outil 312 (un taraud ou une fraise est représenté de manière simplifiée). Le porte-outil 310 comporte par exemple une broche, un chariot ou un étau ou encore un peigne. La direction principale du porte- outil 310 correspond à la direction X. Dans le module d'usinage 300, la direction verticale correspond à la direction Y, et les trois directions X, Y et Z forment un repère orthogonal.
[0036] Une unité de commande 302 du porte-outil est apte à
commander et à modifier la position du porte-outil 310 dans le module d'usinage 300. Dans le domaine de la fabrication mécanique et dans le présent texte, le terme « commande » désigne l'ensemble des matériels et logiciels ayant pour fonction de donner les instructions de mouvements à tous les éléments d'une machine-outil. Le module d'usinage 300 comporte également une unité de commande (non représentée) du support de pièce 320. [0037] Le module d'usinage 300 comporte en outre une unité de détection 304, qui permet de détecter la position mais aussi le profil de l'outil 312 monté sur le porte-outil 310. A cet effet, ladite unité de détection 304 comprend un système optique 100 permettant de déterminer le profil de la portion d'extrémité 313 de l'outil 312 monté sur le porte- outil 310 (voir les figures 4, 6 et 8). Sur la figure 1, est représenté l'axe optique O de ce système optique 100, depuis la face d'entrée 102 du système optique. Cet axe optique O est, dans l'agencement de la figure 1, parallèle à la direction Z ou direction principale du support de pièce 320. Egalement, de préférence, l'axe optique O est orthogonal à la direction de l'axe X du porte outil 310, comme représenté sur la figure 1. Selon l'invention, comme représenté sur la figure 1, le système optique 100 est monté sur le support de pièce 320, tout au moins toute la partie capteur du système optique 100, des organes d'éclairage pouvant se trouver détachés de la partie capteurs du système optique 100 et donc placés ailleurs dans le module d'usinage 300.
[0038] Comme il sera précisé plus loin, il s'agit d'un système optique 100 avec prise de vue, c'est-à-dire un système optique apte à engendrer une image du profil de l'outil par un système de prise de vue compris dans le système optique 100. En particulier, ce système optique 100 comporte un ensemble de composants optiques et un système d'acquisition d'images. Un tel système d'acquisition d'images permet de prendre des photographies et/ou des vidéos, et est par exemple une caméra ou un appareil
photographique, notamment un appareil photographique numérique.
Dans le cadre de la présente invention, on considère un système optique 100 qui fonctionne en combinaison avec une ou plusieurs sources
lumineuses. Aussi, on comprend que le système de prise de vue du système optique 100 selon l'invention forme un capteur d'image. La ou les sources lumineuses associée(s) au système de prise de vue du système optique 100 forment des émetteurs de rayonnements électromagnétiques, ou
rayonnements lumineux, dont la nature peut être monochromatique, ou s'étendant sur une gamme de longueurs d'ondes en combinant une série de rayonnements électromagnétiques monochromatiques (lumière multi- chromatique. Dans un mode de réalisation, la ou les sources lumineuses précitée(s) n'est (ne sont) pas une (des) sources de rayonnement laser ; et le système de prise de vue du système optique 100 selon l'invention forme un capteur d'image qui ne présente pas ou n'est pas associé à un émetteur laser.
[0039] Dans le présent texte, on entend par « portion d'extrémité de l'outil » la partie terminale de l'outil qui comporte les zones utiles pour l'usinage, donc la ou les zones de coupe, à savoir qui comporte(nt) les arêtes de coupe définies par intersection entre les faces utiles et les bords. On retrouve sur l'agrandissement de la figure 2, une telle portion
d'extrémité 313 pour l'outil 312. Sur la figure 3, un exemple d'usure de la portion d'extrémité 313 pour un autre outil que celui de la figure 2, est visible au travers de la zone d'usure 313a répartie entre la face de dépouille et la face de coupe.
[0040] Dans le présent texte, on entend par « profil » de la portion d'extrémité soit une représentation bidimensionnelle de la portion d'extrémité, soit une représentation tridimensionnelle de la portion d'extrémité. Par exemple, ce profil peut comprendre une ligne
correspondant au contour de la portion d'extrémité de l'outil, en projection sur un plan ou formant une intersection avec un plan, notamment un plan orthogonal à l'axe optique O du système optique 100. Egalement, ce profil peut former une forme tridimensionnelle de la portion d'extrémité 313 de l'outil (par exemple une plaquette) y compris de la ou des arêtes de coupe. Egalement, ce profil peut correspondre à une forme tridimensionnelle de la portion d'extrémité 313 de l'outil représentée par une série de lignes telle qu'un profil topographique.
[0041] Le système optique 100 est configuré pour permettre de détecter le profil de la portion d'extrémité 313 de l'outil 312 lorsque le porte-outil 310 est dans une position opérationnelle de mesure représentée sur la figure 4. Dans cette position opérationnelle de mesure, le porte outil 310 et le support de pièce 320 sont proches l'un de l'autre. Dans cette position opérationnelle de mesure, l'axe optique O du système optique 100 peut être sécant avec la portion d'extrémité 313 de l'outil 312, ou avec l'outil 312, ou tout au moins suffisamment proche de l'outil 312 pour que l'l'outil 312 se trouve dans le champ de vue du système optique 100 . Autrement dit, dans ce cas, dans cette position opérationnelle de mesure, l'extrémité du porte outil 310 se trouve dans l'alignement de la sortie (ou face d'entrée 102) du système optique 100. Ceci signifie que le chemin optique depuis le système optique 100 est sécant avec l'extrémité du porte outil 310 et/ou avec la pointe ou plus généralement la portion d'extrémité 313 de l'outil 312.
Dans certains cas, dans la position opérationnelle de mesure, la distance la plus petite entre la portion d'extrémité 313 de l'outil 312 et l'axe Z du support de pièce est inférieure à 50 cm, voire inférieure à 30cm, et parfois inférieure à 15cm). Ainsi par exemple, dans la position opérationnelle de mesure, la distance la plus petite entre la portion d'extrémité 313 de l'outil 312 et l'axe Z du support de pièce est comprise entre 5 et 50 cm, parfois entre 5 et 30 cm, ou entre 20 et 30 cm ou entre 5 et 15 cm.
Dans certains cas, ladite position opérationnelle de mesure correspond à une position de chargement d'un outil 312 sur le porte-outil 310 : ainsi, la mesure du profil peut s'effectuer dès le montage de l'outil 312.
Egalement, dans ladite position opérationnelle de mesure, l'axe X du porte outil 310 peut présenter différentes orientations par rapport à l'axe optique O du système optique 100 :
- dans certains cas, l'axe X du porte outil 310 est orthogonal à la direction de l'axe optique O du système optique 100, comme représenté sur la figure 1, de façon que le système optique 100 voit un côté de la portion
d'extrémité et de la pointe de l'outil 312
- dans certains cas, l'axe X du porte outil 310 est coaxial ou parallèle à la direction de l'axe optique O du système optique 100 (cas non représenté), de façon que le système optique 100 voit uniquement la pointe de l'outil 312,
- dans d'autres cas encore, l'axe X du porte outil 310 est incliné par rapport à l'axe optique O du système optique 100 (cas non représenté d'un angle non nul et différent de 90° entre les axes X et O).
En effet, selon la machine-outil portant le module d'usinage 300 selon l'invention, on peut changer l'orientation du porte-outil 310 et de son axe X, notamment dans le cas d'une machine-outil à cinq ou six axes de déplacement pour le porte-outil 310.
[0042] On se reporte maintenant à la figure 4 représentant un mode de réalisation du système optique 100. Le système optique 100 comporte un premier système de prise de vue 110 qui est configuré de sorte que son plan focal image est apte à être sécant avec la portion d'extrémité 313 de l'outil
312 dans ladite position opérationnelle de mesure. De plus, le premier système de prise de vue 110 comporte un premier système d'acquisition d'images 112 qui permet de prendre une image de la portion d'extrémité
313 de l'outil 312 dans la position opérationnelle de mesure. Sur les figures 1 et 4, on voit également une source de lumière 140, latérale, proche du, éventuellement montée sur le, porte-outil 310 afin de constituer une illumination latérale de la portion d'extrémité 313 de l'outil 312 dans la position opérationnelle de mesure.
D'autres types de sources lumineuses, ou des sources lumineuses
additionnelles peuvent être prévues chacune indépendamment de l'autre ou en complément l'une de l'autre.
Dans un mode de réalisation (voir les figures 1, 7 et 16), le dispositif optique 10 comprend en outre une source de lumière frontale 104 orientée parallèlement à l'axe optique O du système optique 100 et en direction du porte-outil 310. Cette source de lumière 104 peut être disposée à proximité du système optique 100. Cette source de lumière 104 est orientée en direction de l'outil 312 afin de constituer une illumination frontale de la portion d'extrémité 313 de l'outil 312 dans la position opérationnelle de mesure. En particulier, comme on le voit sur les figures 1, 7 et 16, cette source de lumière frontale 104 est une source de lumière annulaire entourant la face d'entrée 102 du système optique 100 : dans ce cas, la source de lumière frontale 104 est coaxiale avec l'axe optique O du système optique 100. Cette source de lumière frontale 104 permet de bien éclairer la surface de la portion d'extrémité 313 de l'outil vue par le système optique 100.
Dans un mode de réalisation, (voir les figures 1 et 16), le dispositif optique 10 comprend en outre une source de lumière arrière 106 orientée en direction du système optique 100. Cette source de lumière 106 est disposée afin de constituer une illumination arrière (« back face ») de la portion d'extrémité 313 de l'outil 312 par rapport au système optique 100 dans la position opérationnelle de mesure. En particulier, comme on le voit sur les figures 1 et 16, cette source de lumière arrière 106 est coaxiale, de préférence alignée avec l'axe optique O du système optique 100. Dans la position opérationnelle de mesure (voir la figure 16) la portion d'extrémité 313 de l'outil se trouve entre la face d'entrée 102 du système optique 100 et la source de lumière arrière 106, de sorte que la portion d'extrémité 313 de l'outil est éclairée de l'arrière, ce qui augmente le contraste de l'image prise dans la zone du contour de la portion d'extrémité 313 telle qu'elle est vue par le système otique 100.
[0043] Le système optique 100 comporte également un deuxième système de prise de vue 120 avec un deuxième système d'acquisition d'images 112 qui permet de prendre également une image de la portion d'extrémité 313 de l'outil 312 dans la position opérationnelle de mesure. A cet effet, le chemin optique du premier système de prise de vue 210 et le chemin optique du deuxième système de prise de vue 120 présentent une portion de chemin optique commune qui se dirige vers et provient de l'objet regardé par le système optique 100, en l'occurrence la portion d'extrémité 313 de l'outil 312 (voir les figures 4 et 16). Dans une autre configuration de mesure qui sera décrite en relation avec les figures 6 et 8, c'est une cible 200 monté sur le porte-outil 310 qui forme l'objet regardé, vu par le système optique 100. Dans la suite, on entend par « objet regardé » notamment soit la portion d'extrémité 313 de l'outil 312 monté sur le porte-outil, soit la cible 200. Dans la position opérationnelle de mesure, le premier système de prise de vue 210 est tourné en direction de l'objet regardé et forme un système de prise de vue aligné avec l'objet regardé, et le deuxième système de prise de vue 120 présente un chemin optique 126 qui rejoint le chemin optique 116 du système de prise de vue 110 aligné avec l'objet regardé et forme un système de prise de vue excentré par rapport à l'objet regardé, par rapport à l'axe optique O du système optique 100, et par rapport à la portion commune des chemins optiques 116 et 126 (alignée avec l'objet regardé). L'axe optique O est superposé avec le rayon moyen de la portion commune du premier chemin optique 116 et du deuxième chemin optique 126. Dans cette portion commune, les tronçons du premier chemin optique 116 et du deuxième chemin optique 126 sont parallèles entre eux, mais pas forcément superposés.
[0044] Dans la portion commune des chemins optiques 116 et 126, les rayons optiques sont au moins en partie confondus ou bien simplement parallèles entre eux. Le deuxième système de prise de vue 120 qui est excentré présente une portion de chemin optique 126 interne à ce deuxième système de prise de vue 120 qui est de préférence parallèle à l'axe optique O. Cette portion de chemin optique 126 interne est reliée au, ou plus précisément rejoint le, chemin optique 116 du premier système de prise de vue 110 aligné par un module optique 128 dédié, comportant un système optique catoptrique tel qu'un miroir 129. De cette façon, l'entrée du système de prise de vue excentré (ici le deuxième système de prise de vue 120) est relié au parcours ou chemin optique du système de prise de vue aligné (ici le premier système de prise de vue 110).
Ainsi, le système optique 100 comporte un module optique 128 (par exemple avec un élément optique catoptrique tel qu'un miroir 129) disposé entre le premier système de prise de vue 110 et le deuxième système de prise de vue 120 et configuré pour dévier une partie des rayons lumineux traversant au moins une partie de l'un parmi le premier et le deuxième système de prise de vue vers l'autre parmi le premier et le deuxième système de prise de vue. Le système optique 100 est agencé de sorte que le chemin optique depuis l'objet regardé (la portion d'extrémité 313 de l'outil 312 sur les figures 4 et 16 et la cible 200 sur les figures 6 et 8) par le système optique 100 traverse au moins une portion de l'un parmi le premier système de prise de vue 110 et le deuxième système de prise de vue 120 (le premier système de prise de vue 110 sur les figures 4, 6, 8 et 16) avant d'atteindre l'autre parmi le premier système de prise de vue 110 et le deuxième système de prise de vue 120 (le deuxième système de prise de vue 120 sur les figures 4, 6, 8 et 16).
Egalement, dans la configuration représentée, le premier système de prise de vue 110 et le deuxième système de prise de vue 120 sont disposés en parallèle l'un par rapport à l'autre. Egalement, dans la configuration représentée, le premier système de prise de vue 110 est monté directement sur le support de pièce 320 et le deuxième système de prise de vue 120 est excentré par rapport à l'axe optique du premier système de prise de vue 110 mais cela peut être l'inverse, à savoir on peut avoir une configuration dans laquelle le deuxième système de prise de vue 110 est monté
directement sur le support de pièce 320 et le système de prise de vue 120 est excentré par rapport à l'axe optique du premier système de prise de vue 110
[0045] De cette façon, on comprend que lorsque le premier système de prise de vue 110 est aligné avec l'objet regardé, le deuxième système de prise de vue 120 voit également l'objet regardé et peut également en faire une prise de vue et générer une image de cet objet regardé. Comme il est expliqué maintenant, cette image peut servir à la détermination de la position de l'outil 312 et peut servir à la détermination du profil de la portion d'extrémité de l'outil 312.
[0046] Ainsi, dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, on propose un procédé de détection de la position d'un outil 312 monté sur un porte- outil 310 dans un module d'usinage 300 comprenant un support de pièce 320 et un porte-pièce 310, comportant les étapes suivantes :
i) fourniture d'une unité de détection 304 dans le module d'usinage 300, ladite unité de détection 304 comprenant un système optique 100 permettant de déterminer le profil de ladite portion d'extrémité 313 de l'outil 312 monté sur le porte-outil 310, dans lequel le système optique 100 est monté sur le support de pièce 320,
ii) chargement de l'outil 312 dans le porte-outil 310 : cette étape permet de connaître la position relative entre l'outil 312 et le porte-outil 310, iii) positionnement du porte-outil 310 par rapport au support de pièce 320 dans une position opérationnelle de mesure (par exemple selon la configuration de la figure 4) : cette étape permet de placer l'outil 312, et notamment la portion d'extrémité 313 de l'outil 312 ou une autre portion de l'outil 312, de façon visible par le système optique 100,
iv) activation de ladite unité de détection 304, et v) détermination, via le système optique 100, de la position de l'outil 312 dans le module d'usinage 300.
[0047] A ce stade, il faut relever à nouveau que dans le cas de l'agencement du module d'usinage 300 selon l'invention et tel qu'illustré sur les figures, ledit système optique 100 est monté sur le support de pièce 320. On comprend donc que de la sorte, la prise de vue par le système optique 100 de l'outil 312 (et notamment de sa portion d'extrémité 313) permet de déterminer non seulement la position relative entre l'outil 312 (ladite portion d'extrémité 313 de l'outil) et le support de pièce 320, mais encore la position relative entre le porte-outil 310 et le support de pièce 320.
[0048] Selon une première possibilité concernant ledit procédé de détection de la position de l'outil, lors de l'activation de l'unité de détection 304, c'est le premier système de prise de vue 110 qui est utilisé et donc c'est le premier système d'acquisition d'images 112 qui génère une (ou plusieurs) image(s) de la portion d'extrémité 313 de l'outil 312.
L'analyse de cette image et en particulier de la position de la zone nette de cette image (résultant par exemple de l'agencement de la Figure 4) selon la direction X et par rapport au bord de l'outil tel qu'il est vu par le premier système de prise de vue 110 permet de connaître la distance de l'outil 312 par rapport au système optique 100, donc la position en Z de l'outil 313. Cette image permet également de repérer la ou les arêtes de coupe (en projection) telle qu'elle(s) est (sont) vue(s) par le premier système de prise de vue 110. Ce repérage est à la fois en position, notamment par rapport au bord, ainsi qu'en géométrie (forme sur l'image de la (ou des) ligne(s) correspondant à I' (aux) arête(s) de coupe).
[0049] Selon une deuxième possibilité concernant ledit procédé de détection de la position de l'outil (à effectuer en alternative ou en addition de la précédente première possibilité), lors de l'activation de l'unité de détection 304, c'est le deuxième système de prise de vue 120 qui est utilisé et donc c'est le deuxième système d'acquisition d'images 122 qui génère une (ou plusieurs) image(s) de la portion d'extrémité 313 de l'outil 312. L'analyse de cette image et en particulier de la position de la zone nette de cette image (résultant par exemple de l'agencement de la Figure 4) selon la direction X par rapport au bord de l'outil tel qu'il est vu par le premier système de prise de vue 110 permet de connaître la distance de l'outil 312 par rapport au système optique 100, donc la position en Z de l'outil 313. Cette image permet également de repérer la ou les arêtes de coupe (en projection) telle qu'elle(s) est (sont) vue(s) par le deuxième système de prise de vue 120. Ce repérage est à la fois en position, notamment par rapport au bord, qu'en géométrie (forme sur l'image de la (ou des) ligne(s) correspondant à I' (aux) arête(s) de coupe).
[0050] Egalement, dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, on propose un procédé de détection du profil d'un outil 312 monté sur un porte-outil 310, dans un module d'usinage 300 comprenant un support de pièce 320 et un porte-pièce 310, comprenant les étapes suivantes :
i) fourniture d'une unité de détection 304 dans le module d'usinage 300, ladite unité de détection 304 comprenant un système optique 100 permettant de déterminer le profil de ladite portion d'extrémité 313 de l'outil 312 monté sur le porte-outil 310, dans lequel ledit système optique 100 est monté sur le support de pièce 320,
ii) chargement de l'outil 312 dans le porte-outil 310 : cette étape permet de connaître la position relative entre l'outil 312 et le porte-outil 310, iii) positionnement du porte-outil 310 par rapport au support de pièce 320 dans une position opérationnelle de mesure (par exemple selon la configuration de la figure 4) : cette étape permet de placer l'outil 312, et notamment la portion d'extrémité 313 de l'outil 312 ou une autre portion de l'outil 312, de façon visible par le système optique 100,
iv) activation de ladite unité de détection 304, et
v) détermination, via le système optique 100, du profil de ladite portion d'extrémité 313 (ou une autre portion) de l'outil 312 monté dans le porte- outil 310.
[0051] Selon une première possibilité concernant ledit procédé de détection du profil de l'outil 312, lors de l'activation de l'unité de détection 304, c'est le premier système de prise de vue 110 qui est utilisé et donc c'est le premier système d'acquisition d'images 112 qui génère une (ou plusieurs) image(s) de la portion d'extrémité 313 de l'outil 312.
L'analyse de cette image permet de détecter le bord de l'outil tel qu'il est vu par le premier système de prise de vue 110. Il s'agit du bord, à savoir du contour, de la portion d'extrémité 312 de l'outil 312, vu en projection dans le plan (X, Y) orthogonal à la direction Z, elle-même parallèle à l'axe optique O du système optique. Ainsi, la forme (en l'occurrence la ligne du contour) de ce bord de l'outil 312 renseigne sur la géométrie de la portion d'extrémité 313 de l'outil 312 monté sur le porte-outil 31 au moment de la prise de vue.
Cette image permet également de repérer la ou les arêtes de coupe (en projection) telle qu'elle(s) est (sont) vue(s) par le premier système de prise de vue 110. Ce repérage est à la fois en position, notamment par rapport au bord, ainsi qu'en géométrie (forme sur l'image de la (ou des) ligne(s) correspondant à I' (aux) arête(s) de coupe.
[0052] Selon une deuxième possibilité concernant ledit procédé de détection du profil de l'outil 312 (à effectuer en alternative ou en addition de la précédente première possibilité), lors de l'activation de l'unité de détection 304, c'est le deuxième système de prise de vue 120 qui est utilisé et donc c'est le deuxième système d'acquisition d'images 122 qui génère une (ou plusieurs) image(s) de la portion d'extrémité 313 de l'outil 312. L'analyse de cette image permet de détecter le bord de l'outil tel qu'il est vu par le deuxième système de prise de vue 120. Il s'agit du bord, à savoir du contour, de la portion d'extrémité 312 de l'outil 312, vu en projection dans le plan (X, Y) orthogonal à la direction Z, elle-même parallèle à l'axe optique O du système optique. Ainsi, la forme (en l'occurrence la ligne) de ce bord de l'outil 312 renseigne sur la géométrie de la portion d'extrémité 313 de l'outil 312 monté sur le porte-outil 31 au moment de la prise de vue. Cette image permet également de repérer la ou les arêtes de coupe (en projection) telle qu'elle(s) est (sont) vue(s) par le deuxième système de prise de vue 120. Ce repérage est à la fois en position, notamment par rapport au bord, ainsi qu'en géométrie (forme sur l'image de la (ou des) ligne(s) correspondant à I' (aux) arête(s) de coupe). [0053] La mise en œuvre d'un tel procédé de détection du profil de l'outil 312 permet notamment de connaître l'orientation angulaire de l'outil 312 par rapport à l'axe X du porte-outil, et donc par rapport au support de pièce 312, dans la position opérationnelle de mesure, et permet également de vérifier que l'outil 312 est dans l'orientation souhaitée par rapport au support de pièce dans la position opérationnelle de mesure. Egalement, La mise en œuvre d'un tel procédé de détection du profil de l'outil 312 permet d'établir le profil et de vérifier que l'outil 312 monté sur le porte-outil correspond à l'outil attendu (le profil détecté correspond au profil attendu et prédéterminé), et permet ainsi d'éviter de monter un outil inadéquat sur le porte-outil 310.
[0054] Sur la figure 8, est représenté un dispositif optique 10
comportant un système optique 100 et une cible tridimensionnelle 200 aptes à coopérer ensemble, selon un mode de réalisation, pour effectuer la mesure tridimensionnelle de la position relative entre la cible 200 et le système optique 100. Comme il sera exposé plus loin, cette mesure permet également de mesurer la position relative entre le porte-outil 310 (portant la cible 200) et le support de pièce 320 (portant le système optique 100), et d'en déduire la position relative entre l'outil 312 (monté sur le porte-outil 310) et la pièce 322 (montée sur le support de pièce 320). En effet, dans cette position de mesure la cible 200 est orientée en direction du système optique 100, parallèlement à un axe principal, formant une direction Z horizontale principale. A cet effet, à la sortie du système optique 100 le chemin optique O est orthogonal à une face utile 202 de la cible 200.
[0055] La cible 200 est maintenant décrite en relation avec les figures 8, 10, 11 et 12. La cible 200 se présente sous forme d'une pastille, ici de forme cylindrique de section circulaire (elle pourrait être de section carrée ou autre), dont un côté forme la face utile 202 pour la réalisation de la mesure. Pour la réalisation de la mesure, cette face utile 202 est donc tournée vers le système optique 100, et en particulier vers la face d'entrée 102 du système optique 100, l'axe Z correspondant à la direction principale (horizontale sur les figures) séparant la face utile 202 de la face d'entrée 102 du système optique 100. [0056] La surface de la face utile 202 de la cible 200 se répartit entre une première structure 210 et une deuxième structure 220. La première structure 210 comporte une face de référence plane 212 dont la surface est lisse et se répartit entre une première portion 214 dont la surface est réfléchissante selon une réflexion diffuse et une deuxième portion 216 dont la surface est réfléchissante selon une réflexion spéculaire. De façon plus générale, ladite face de référence 212 plane est répartie entre au moins une première portion (214) dont la surface est réfléchissante selon des premiers paramètres de réflexion, et une deuxième portion (216) dont la surface est réfléchissante selon des seconds paramètres de réflexion différents des premiers paramètres de réflexion. Dans un mode de réalisation la première portion 214 est revêtue d'une couche réfléchissante diffusante, par exemple en sulfate de baryum BaS04, et la deuxième portion 216 est formée d'une couche réfléchissante selon une réflexion spéculaire, par exemple en chrome. Dans le mode de réalisation illustré, la deuxième portion 216 est constituée de plusieurs zones localisées 217 en forme de cercles formant des îlots disposés au sein de la première portion 214 qui est continue. D'une façon plus générale, la deuxième portion 216 est répartie selon une série de zones localisées 217 positionnées dans la première portion 214. Selon une possibilité, les zones localisées 217 de ladite deuxième portion 216 sont formée d'îlots ou de segments répartis dans la première portion 214. Ces zones localisées 217 peuvent présenter d'autres formes, telles que des segments ou des îlots d'autres forme qu'un cercle. Ces zones localisées 217 définissent entre elles une figure
géométrique appartenant à la liste suivante : quadrilatère,
parallélogramme, rectangle, carré, losange, polygone régulier et cercle. Cette figure géométrique peut être une figure géométrique à symétrie centrale. Sur les figures 10 et 11, vingt-quatre zones localisées 217 circulaires sont disposées en carré. Le but de cette première structure 210 est de pouvoir en identifier précisément son centre C3 à l'aide d'outils standards de vision. Avec la forme carrée, les deux diagonales C1 et C2 de ce carré sont sécantes au centre du carré. A noter que dans la position de mesure, telle que représentée sur les figures 6 à 12, la face de référence 212 est disposée parallèlement aux directions X et Y, formant respectivement une direction (un axe) verticale et une direction (un axe) horizontale transversal dans le cas de l'agencement illustré.
[0057] La deuxième structure 220 comporte une face inclinée 222 par rapport à la face de référence 212 : cette face inclinée 222 est
essentiellement plane, le plan moyen de cette face inclinée formant par rapport à la face de référence 212 un angle a aigu compris entre 10 degrés et 80 degrés, par exemple entre 20 et 30 degrés, et de préférence de l'ordre de 25 degrés (voir la figure 12).
[0058] Dans un mode de réalisation, la surface de cette face inclinée 222 n'est pas lisse mais présente des éléments de relief 224 formant des irrégularités de surface soit aléatoire ou bien selon une géométrie prédéterminée, par exemple dessinant entre elles une forme de grille ou un réseau de lignes, constituant ainsi une grille structurée (non représentée) ou un réseau de lignes structuré (voir la figure 13). Egalement, dans un mode de réalisation, la surface de la face inclinée 222 de la deuxième structure 220 est striée, en particulier la surface de la face inclinée 222 de la deuxième structure 220 est recouverte par l'un des éléments suivants :
réseau gravé, grille structurée ou réseau de lignes spéculaires 225.
[0059] De tels éléments de relief 224 peuvent être en saillie ou en creux, c'est-à-dire en retrait, par rapport au plan moyen de la face inclinée 222, notamment sous la forme de petites rugosités, ou toute autre irrégularité de surface. De tels éléments de relief 224 peuvent être présents sur toute la surface de la face inclinée 222. De tels éléments de relief 224 peuvent être régulièrement répartis sur toute la surface de la face inclinée 222. Par exemple, ces éléments de relief 224 peuvent former un ensemble
délimitant un motif de grille ou de réseau, ou plus généralement une surface structurée ou une surface rugueuse qui permet de bien faire diffuser la lumière réfléchie sur cette face inclinée 222. La surface de la face inclinée 222 de la deuxième structure 222 est par exemple recouverte par l'un des éléments suivant réseau gravé ou grille structurée, avec un pas entre les motifs de la grille ou du réseau compris entre 5 et 100 micromètres, notamment entre 5 et 50 micromètres, et notamment entre 8 et 15 micromètres, par exemple de l'ordre de 10 micromètres.
[0060] Par exemple, cette face inclinée 222 est en silicium non poli ou bien en céramique, ou en métal non poli ou en verre, ou tout autre matériau structurable, et les éléments en reliefs 224 ont été obtenus par photolithographie, usinage par enlèvement de copeaux, écriture directe, etc... ou tout autre procédé de structuration . Ces éléments en reliefs 224 forment par exemple des dépressions et/ou des saillies respectivement en retrait/dépassant du plan moyen de quelques micromètres ou de quelques dizaines de micromètres, notamment entre 0.5 micromètre et 50
micromètres.
[0061] Dans un autre mode de réalisation, comme illustré sur la figure 14, la surface de cette face inclinée 222 est lisse et comporte un réseau de lignes de chrome, ou d'un autre matériau entraînant une réflexion spéculaire de ces lignes de chrome qui constituent des éléments spéculaires 225. Ces éléments spéculaires 225 sous forme de lignes sont disposés parallèlement entre eux. Dans la position de mesure, ces éléments spéculaires 225 sous forme de lignes ou bandes sont disposés parallèlement au plan Y, Z, de sorte que le long de la surface inclinée, en direction Z, on rencontre une à une ces lignes (c'est aussi le cas en avançant en direction X). Le substrat formant la plaquette de la deuxième structure 220 peut alors être dans différents matériaux, y compris en verre ou du silicium, avec sur la face inclinée 222 une couche réfléchissante diffusante, par exemple en sulfate de baryum BaS04 qui alterne avec les éléments spéculaires 225 ou bien qui recouvre toute la surface de la face inclinée, avec les éléments spéculaires 225 disposés au-dessus de cette couche réfléchissante
diffusante. De tels éléments spéculaires 225 peuvent être régulièrement répartis sur toute la surface de la face inclinée 222. Dans un exemple de réalisation, ces éléments spéculaires 225 sous formes de lignes forment un réseau avec un pas de 25 micromètres, les lignes (notamment de chrome) présentant une largeur de 12.5 micromètres, égale à la largeur de
l'interligne ou portion avec une réflexion diffuse se présentant également sous forme de lignes ou de bandes de largeur de 12.5 micromètres. Selon une autre mise en œuvre, on utilise un pas de 10 micromètres ou plus généralement un pas entre 5 et 50 micromètres. Il faut relever que ces éléments spéculaires 225 qui alternent avec le reste de la surface qui réalise une réflexion diffuse, pourraient se présenter sous d'autres formes que des lignes ou segments continu(e)s formant des bandes, notamment des lignes discontinues ou en pointillés, des motifs tels que des frises des points, cercles, triangles, ou toute autre forme géométrique.
[0062] Selon un mode de réalisation non illustré, la face inclinée 222 de la deuxième structure 220 porte des éléments de relief 224 ponctuels et saillants, en forme de petits monticules ou picots, lesquels sont répartis en rangées parallèles entre elles, les éléments de relief 224 étant décalés entre eux d'une rangée à l'autre, pour former un motif en quinconce. Selon un autre mode de réalisation non illustré, la face inclinée 222 de la deuxième structure 220 porte des éléments en relief 224 saillants sous forme de segments parallèles entre eux et à égale distance selon deux séries entrecroisées à 90° l'une de l'autre. Cet ensemble d'éléments en relief 224 constitue un motif de grille. A noter que cette grille peut être formée de deux séries de segments parallèle entre eux, avec des séries de segments entrecroisées selon un angle différent de 90° l'une de l'autre. Sur les figures 10 à 13, la face inclinée 222 de la deuxième structure 220 porte des éléments en relief 224 en creux sous forme d'une série de segments parallèles entre eux et à égale distance les uns des autres le long de la direction X : ces éléments en relief 224 forment dans ce cas des rainures. Cette direction X est donc orthogonale à la direction des segments formant les éléments en relief 224.
[0063] Dans le mode de réalisation de la figure 14, la surface de la face inclinée 222 de la deuxième structure 220 est donc recouverte par un réseau de lignes spéculaires 225, à savoir de bandes continues parallèles entre elles dont la surface présente des propriétés de réflexion spéculaire. [0064] Ainsi, dans certains des cas précités, et notamment ceux des figures 13 et 14, la surface de la face inclinée 222 de la deuxième structure 220 est striée.
[0065] Selon les modes de réalisation représentés pour la cible 200, la pastille délimitant la cible 200 comporte sur sa face utile 202 la première structure 210 qui occupe l'essentiel de la surface de la face utile 202, et au sein de la première structure 210, une zone réservée à la deuxième structure 220. Dans cette situation, la première structure 210 entoure la deuxième structure 220. De façon plus précise, les zones localisées 217 de la deuxième portion 216 de la première structure 210 définissent un carré qui entoure la deuxième structure 220. Selon une disposition possible, et dans le cas des modes de réalisation de la cible 200 tels que représentés, la première structure 210 et la deuxième structure 220 sont disposées sur la face utile 202 de manière concentrique l'une par rapport à l'autre. Par ailleurs, comme dans les cas représentés, la première structure 210 délimite une ouverture 218 pour un logement 219 logeant ladite deuxième structure 220, qui est par exemple disposée sur une plaquette présentant la face inclinée 222. Lorsque la plaquette est logée dans le logement 219 de la première structure 210, sa face inclinée 222 est tournée en direction de l'extérieur du logement 219, vers l'ouverture 218. En l'espèce, la deuxième structure 220 est disposée dans ledit logement 219 avec la face inclinée 222 qui se trouve en retrait par rapport à la face de référence de ladite première structure 210 : ceci signifie que la face inclinée 22, donc la deuxième structure 220 est disposée en arrière, derrière le plan délimité par la face de référence 212 (par rapport à la direction principale Z, voir la figure 11), dans le logement 219, et ce par exemple de 0.05 à 2 millimètres ou bien de l'ordre de 0.15 millimètre. Selon une autre possibilité, non représentée, la deuxième structure 220 est disposée en avant, devant le plan délimité par la face de référence 212. Selon encore une autre possibilité, non représentée, la deuxième structure 220 est disposée de part et d'autre du plan délimité par la face de référence 212 à savoir une partie de la face inclinée 222 est disposée en arrière et l'autre partie de la face inclinée 222 est disposée en avant, par rapport à la face de référence 212. [0066] Afin de protéger la première structure 210 et la deuxième structure 220 de l'environnement (poussières, huile, chocs...), comme visible sur la figure 12, la cible 200 comprend une plaque de protection 230 dans un matériau transparent, en particulier en verre, recouvrant la première structure 210 et la deuxième structure 220 du côté de la face utile 202.
Selon une possibilité de mise en oeuvre, telle que représentée sur la figure 12, la cible 200 comporte sous forme d'empilement les éléments suivants. Une paroi de fond 231 est surmontée d'une platine 232 formée d'une plaque évidée en son centre afin de délimiter le logement 219 délimité par l'ouverture 218 du côté de la face utile 202. La platine 232 est surmontée de la plaque de protection 230 refermant le logement 219. Le tout est entouré d'une paroi cylindrique 234 retenant l'ensemble de la cible 200. La plaque de protection 230 comporte La deuxième structure 220 est par exemple une plaquette de silicium logée dans le logement 219 avec la face inclinée 222 (portant les éléments en relief 224 ou des éléments spéculaires 225) tournée vers la face utile 202. La face de la platine 232 tournée vers la face utile 202 comporte une couche réfléchissante 233 selon deux zones telles que décrites précédemment respectivement en relation avec la première portion 214 (surface réfléchissante selon une réflexion diffuse) et la deuxième portion 216 (surface réfléchissante selon une réflexion spéculaire, en particulier sous forme d'éléments localisés 217).
[0067] Par ailleurs, la cible 200 peut être équipée d'une puce de type RFID (identification par radiofréquence), non représentée, et ce afin de permettre le stockage et la lecture d'un identifiant unique et de données en relation avec la cible 200 et possiblement également en relation avec un porte-outil 310 (voir figures 1 et 5) sur lequel la cible 200 est destinée à être montée. Ces données peuvent comprendre par exemple, notamment, la référence de ce porte outil 310 et d'autres informations liées à l'utilisation de ce porte-outil 310 (par exemple son numéro de série, son type, son réglage par rapport au centre matière ou support de pièce 320, le nombre de fois où il a été utilisé...). Sur les figures 5, 9 et 16, la cible 200 (et l'éventuelle puce RFID) est montée sur la portion du porte-outil 310 formant une pince. [0068] On se reporte maintenant à la figure 8 pour présenter le système optique 100 associé à la cible 200 qui vient d'être décrite pour former ensemble un dispositif optique 10 permettant la mesure de la position relative entre deux objets selon les trois directions de l'espace, et ainsi la position relative entre le support de pièce 320 et le porte-outil 310 ou encore la position relative entre la pièce à usiner 322 et l'outil 312. En particulier, on considère un espace orthogonal (éventuellement
orthonormé) dans un repère cartésien X, Y et Z, qui est direct sur les figures). Ce système optique 100 est destiné à prendre simultanément, lors de la même séquence de prises de vue, à la fois une image de la première structure 210 de la cible 200 et en même temps une image de la deuxième structure 220 de la cible 200. Selon le présent texte, cette prise de vue simultanée des deux images s'effectue sans mise au point, ce qui permet une grande rapidité d'exécution de cette prise de vue. D'autres
caractéristiques, liées notamment à la structure spécifique de la cible 200 qui vient d'être décrite, permet en outre une précision maximale. La société demanderesse a réalisé un dispositif optique de mesure tridimensionnelle 10 conforme à la présente description parvenant à réaliser en une demi- seconde ou moins une mesure relative répétable avec une précision de un micromètre ou moins.
[0069] Le système optique 100 comprend le premier système de prise de vue 110 et le deuxième système de prise de vue 120. Selon une disposition possible, ledit système optique 100 est agencé de sorte que la différence entre la distance focale du deuxième système de prise de vue 120 et la distance focale du premier système de prise de vue 110 est comprise entre la distance minimale et la distance maximale séparant la face de référence 212 de la face inclinée 202. Selon une autre disposition possible, la profondeur de champ DF01 du premier système de prise de vue 110 est largement supérieure et notamment au moins 10 fois supérieure à la profondeur de champ DF02 du deuxième système de prise de vue 120. Par exemple la profondeur de champ DF01 du premier système de prise de vue 110 est entre 10 et 10 000, ou bien encore entre 100 et 5000 supérieure à la profondeur de champ DF02 du deuxième système de prise de vue 120. Parmi différentes possibilités, la profondeur de champ DF01 du premier système de prise de vue 110 est supérieure ou égale à 0.8 millimètre, ou bien elle est comprise entre 0.5 et 5 millimètres, ou bien elle est comprise entre 0.8 et 3 millimètres, ou bien elle est comprise entre 1 et 2 millimètres. Egalement, selon différentes possibilités, la profondeur de champ DF02 du deuxième système de prise de vue 120 est inférieure ou égale à 0.1 millimètre, ou bien elle est comprise entre 5 et 50 micromètres, ou bien elle est comprise entre 8 et 30 micromètres, ou bien elle est comprise entre 10 et 20 micromètres.
[0070] Selon un mode de réalisation, le premier système de prise de vue 110 est configuré de sorte que son plan focal image F1 est apte à
correspondre à la face de référence 212 de la première structure 210, et le deuxième système de prise de vue 120 est configuré de sorte que son plan focal image F2 est apte à être sécant avec la face inclinée 222 de la cible 200 tridimensionnelle.
[0071] Ceci permet, lorsque l'objet regardé par le système optique 100 est la cible 200, il est possible au premier système de prise de vue 110 de faire naturellement et sans autre réglage, sa mise au point sur toute la face de référence 212 de la première structure 210 dans une gamme de distance entre la cible 200 et le premier système de prise de vue 110 pouvant varier sur quelques millimètres. En parallèle, le deuxième système de prise de vue 120 est apte à faire naturellement et sans autre réglage, sa mise au point sur la portion de la face inclinée 222 de la deuxième structure 210 qui est à la distance du deuxième système de prise de vue 120 correspondant à la distance focale du deuxième système de prise de vue 120. Selon une possibilité, le grandissement du premier système de prise de vue 210 est inférieur au grandissement du deuxième système de prise de vue 220.
[0072] Dans une configuration possible, le système optique 100 est agencé de sorte que le chemin optique du premier système de prise de vue 110 et le chemin optique du deuxième système de prise de vue 120 présentent un tronçon commun placé sur l'axe optique O du système optique 100 et comportant le plan focal image F1 du premier système de prise de vue 110 et le plan focal image F2 du deuxième système de prise de vue 120. Dans ce cas, de préférence, le système optique 100 est agencé de sorte que le chemin optique depuis l'objet traverse au moins une portion de l'un parmi le premier et le deuxième système de prise de vue 120 avant d'atteindre l'autre parmi le premier et le deuxième système de prise de vue 120.
[0073] Selon une disposition possible, le premier système d'acquisition d'images 112 du premier système de prise de vue 110 et le deuxième système d'acquisition d'images 122 du deuxième système de prise de vue 120 sont synchronisés afin de prendre simultanément une première image par le premier système de prise de vue 110 et une deuxième image par le deuxième système de prise de vue 120. Dans ce cas, on comprend que la cible et le système optique 100 appartiennent à un dispositif optique 10 de mesure qui est configuré pour permettre par une unique étape de prise de vue de la cible 200 par le système optique 100 de déterminer la position relative tridimensionnelle entre le support de la pièce à usiner 310 et le porte-outil 320. Egalement, dans ce cas, cette unique étape de prise de vue de la portion d'extrémité 313 de l'outil monté sur le porte-outil 310 par le système optique 100 de déterminer le profil de la portion d'extrémité 312 de l'outil 312 monté sur le porte-outil 310, et notamment le profil tridimensionnel de la portion d'extrémité 312 de l'outil 312 monté sur le porte-outil 310.
[0074] Comme déjà exposé précédemment, pour permettre l'accès simultané à la vision de la cible 200 par le premier système de prise de vue 210 et par le deuxième système de prise de vue 220, ces derniers
présentent une portion de chemin optique commune qui se dirige vers et provient de l'objet regardé par le système optique 100, en l'occurrence la cible 200 (voir figures 6 et 8) après montage de la cible 200 sur le porte- outil 310 et montage du système optique 100 sur le support de pièce 320. A cet effet, dans la position opérationnelle de mesure, le premier système de prise de vue 210 est tourné en direction de la face utile 202 de la cible 200 et forme un système de prise de vue aligné avec la cible 200, et le deuxième système de prise de vue 120 présente un chemin optique 126 qui rejoint le chemin optique 116 du système de prise de vue 110 aligné avec la cible 200 et forme un système de prise de vue excentré par rapport à la cible 200, par rapport à l'axe optique O du système optique 100, et par rapport à la portion commune des chemins optiques 116 et 126 (portion commune alignée avec la cible) . En d'autres termes, le chemin optique du système de prise de vue aligné avec la cible 200 est sensiblement perpendiculaire avec la face de référence 212.
[0075] En particulier, comme illustré sur les figures 6 et 8, le premier système de prise de vue 210 est tourné en direction de la face utile 202 de la cible 200, à savoir que premier système de prise de vue 210 est orienté de façon perpendiculaire par rapport à la face utile 202 de la cible 200. Ceci signifie que l'axe optique O et la portion commune des chemins optiques 116 et 126 sont alignés avec la cible 200 et sont perpendiculaires à la face utile 202 (et donc à la face de référence 212) de la cible 200. Dans cette configuration, comme on le voit sur les figures 6 et 8, l'axe optique O et la portion commune des chemins optiques 116 et 126 sont parallèles à la direction principale Z, et sont orthogonaux aux directions transversales X et Y, ainsi qu'au plan X, Y.
[0076] Dans un mode de réalisation, la distance focale du deuxième système de prise de vue 120 est plus grande que la distance focale du premier système de prise de vue 110. Par exemple, la différence entre la distance focale du deuxième système de prise de vue 120 et la distance focale du premier système de prise de vue 110 est comprise entre 0.5 et 5 millimètres.
[0077] Dans un mode de réalisation, le grandissement du premier système de prise de vue 110 est inférieur ou égal au grandissement du deuxième système de prise de vue 120. Par exemple, le grandissement du premier système de prise de vue 110 est compris entre 0.2 et 1 fois le grandissement du deuxième système de prise de vue 120. Par exemple, le grandissement du premier système de prise de vue 110 est compris entre 0.3 et 0.8, ou bien entre 0.4 et 0.6, de préférence autour de 0.5 fois le grandissement du deuxième système de prise de vue 120.
[0078] Dans le mode de réalisation des figures 6 et 8, le système optique 100 comporte en outre la source de lumière 140 précitée en relation avec les figures 1 et 4, orientée en direction du porte-outil 310 et apte à être orienté en direction de la cible tridimensionnelle 200, cette source de lumière 140 étant disposée afin d'être apte à constituer une illumination latérale de la cible tridimensionnelle 200. A cet effet, cette source de lumière 140 est agencée de manière excentrée et inclinée par rapport au chemin optique 116+126 du système optique 100. En particulier, les rayons lumineux de la source de lumière 140 forment avec la face de référence 212 de la cible un angle tel leur réflexion spéculaire sur les surfaces
réfléchissantes de la cible, et en particulier sur les zones localisées 217, engendre des rayons lumineux réfléchis qui ne pénètrent pas dans le système optique 100. De même lorsque la face inclinée 222 comporte des éléments spéculaires 225, la réflexion des rayons lumineux de la source de lumière 140 sur ces éléments spéculaires 225 ne pénètrent pas dans le système optique 100.
[0079] Selon un mode de réalisation, le premier système de prise de vue 210 utilisé et le deuxième système de prise de vue 220 utilisé sont
télécentriques. Pour rappel, la télécentricité est une caractéristique d'un système optique dans lequel tous les rayons principaux (le rayon central de chaque faisceau de rayons) qui passent à travers le système sont
pratiquement collimatés et parallèles à l'axe optique. Dans le cas d'optiques télécentriques, la notion de profondeur de champ est remplacée par celle de distance de travail. Selon un autre mode de réalisation, le premier système de prise de vue 210 utilisé et le deuxième système de prise de vue 220 utilisé ne sont pas ou pas tous les deux télécentriques. Dans le cas où ils sont tous les deux télécentriques, on peut les utiliser également pour mesurer les caractéristiques géométriques des outils disposés sur le porte- outil 310 comme déjà décrit précédemment ou dans la suite du présent texte. [0080] Dans un mode de réalisation, le module d'usinage 300 comporte la cible 200 décrite précédemment, qui est montée sur le porte-outil 310 (voir figure 1). Cette cible 200 comprend la face utile 202 qui forme une référence de positionnement apte à se placer dans l'axe optique O du système optique 100 lorsque le porte-outil est dans une position angulaire prédéterminée autour de son axe X (après rotation selon la flèche R de la figure 1) et dans une position axiale prédéterminée le long de son axe X (voir les figures 6, 7 et 8), formant une position de référencement du porte- outil 310 par rapport au support de pièce 320. Dans cette position de référencement, la cible 200 est disposée de sorte que le plan focal image du système optique 100 puisse être confondu avec la face utile 202 de la cible. En particulier, mais de façon non limitative, dans cette position de référencement, la cible 200 est disposée de sorte que le plan focal image F1 du premier système de prise de vue 110 du système optique 100 puisse être confondu avec la face utile 202 de la cible (voir la figure 12), et de sorte que le plan focal image F2 du deuxième système de prise de vue est apte à être sécant avec la face inclinée 222 de la cible 200 (la distance focale du deuxième système de prise de vue 120) est apte à placer le foyer image F2 du deuxième système de prise de vue 120 sur la deuxième structure 220 de la cible 200).
[0081] On se reporte maintenant aux figures 1 et 6 pour exposer le procédé de mesure optique tridimensionnelle entre la cible 200 et le système optique 100, dans le cas d'une machine-outil dont le module d'usinage 300 comporte un dispositif optique 10. On prend comme directions de référence X, Y et Z celles de la machine-outil, en particulier du bâti de la machine-outil, ce qui donne une direction X verticale (ou premier axe transversal), une direction horizontale principale Z (ou axe principal) et une direction horizontale latérale Y (ou deuxième axe transversal). La cible 200 est placée sur le porte-outil 310 (voir la figure 5) : le porte-outil 310 s'étend selon une direction principale horizontale, correspondant à l'axe X, avec possibilité de tourner autour de cet axe X. A cet effet, une partie du porte-outil 310, par exemple la pince, porte des logements sur sa
périphérie, habituellement dédiés au montage de l'outil de
serrage/desserrage de la pince, dans lesquels on peut mettre la cible 200, éventuellement associée à une puce RFID comme exposé précédemment.
Par ailleurs, le système optique 100 est monté sur le support de pièce 320 (voir la figure 1) et recevant la pièce à usiner 322. Le support de pièce 320 s'étend selon sa direction principale horizontale, correspondant à l'axe Z, avec possibilité de tourner autour de cet axe Z. Ensuite, le support de pièce 320 et le porte outil 310 sont placés dans une position proche, préalable à une étape d'usinage, plaçant l'outil 312 et la pièce à usiner 322 à proximité l'un de l'autre, dans une position de mesure relative. Le positionnement de la cible 200 sur le porte-outil 310 et le positionnement du système optique 100 sur le support de pièce 320 permettent que dans cette position de mesure relative, on peut placer la cible 200, et plus précisément la face de référence 202 dans le prolongement de l'axe optique O du système optique 100 (à noter que cet axe optique O est parallèle à la direction Z). Ainsi, la face de référence 202 de la cible 200 est tournée en direction de la face d'entrée 102 du système optique 100.
[0082] Comme dans le cas représenté sur la figure 1, le dispositif optique 10 comporte en outre un troisième système de prise de vue 130 disposé sur le porte-outil 310 et configuré pour repérer l'orientation de la face utile 202 de la cible 200 et/ou l'orientation angulaire de la partie rotative du porte-outil 310, notamment autour de l'axe X. On effectue une étape supplémentaire, préliminaire, de positionnement de la cible 200, avant l'étape de prise de vue simultanée avec ledit système optique 100, selon laquelle :
- on dispose le porte-outil 310 et le support de pièce 320 de sorte que la face utile 202 de la cible tridimensionnelle 200 se trouve dans le chemin optique O du système optique 100. En particulier, on peut utiliser le troisième système de prise de vue 130 pour repérer l'orientation angulaire de la cible 200 par rapport à la partie rotative du porte-outil 310, donc par rapport à l'axe X, ce qui permet de modifier le cas échéant l'orientation angulaire de la partie rotative du porte-outil 310 (voir la flèche R sur la figure 6), et ainsi placer la cible 200 de sorte que sa face utile 202 soit tournée en direction du système optique 100. On obtient la position de mesure relative dans laquelle lorsque la cible 200 est orientée en direction du système optique 100 comme exposé précédemment dans le cas des figures 6 et 8 : dans ce cas, la direction Z s'étend entre la cible 200 et le système optique 100.
[0083] Dans un mode de réalisation, le dispositif optique 10 comporte en outre un troisième système de prise de vue 130 disposé sur le porte-outil 310 et configuré pour repérer l'orientation angulaire du porte-outil 310 autour de son axe X. en présence d'une cible 200, ce troisième système de prise de vue 130 permet également ou uniquement de repérer l'orientation de la face utile 202 de la cible 200 autour de l'axe X du porte-outil 310.
[0084] Lors de la première utilisation du dispositif optique 10, à savoir du système optique 100 et d'une cible 200 associée, respectivement monté sur un support de pièce 320 et sur un porte-outil, on doit réaliser une étape supplémentaire, préalable, de référencement spatial de la position de la cible 200 par rapport au porte-outil 310 qui porte la cible 200 dans les trois directions X, Y et Z. Il faut relever que l'on connaît évidemment les paramètres du système optique 100, à savoir du premier système de prise de vue 110 et du deuxième système de prise de vue, y compris leur distance focale. A ce stade, on peut mentionner que lorsque l'espace de travail du module d'usinage 300 est confiné et maintenu à température constante, cette stabilité thermique engendre une stabilité dimensionnelle au dispositif optique 10 et donc de ses paramètres.
[0085] On rappelle que la mesure de la position relative
tridimensionnelle entre la cible 200 et le système optique 100 est utilisée dans le cas d'une machine-outil pour in fine connaître la position relative tridimensionnelle en X, Y et Z entre le porte-outil 310 et le support de pièce 320.
[0086] Dans le présent texte, les trois directions X, Y et Z sont par exemple, les axes du module d'usinage 300 de la machine-outil. Ainsi, on peut définir Z comme étant l'axe principal, à savoir la direction horizontale principale séparant le premier objet (le porte-outil 310) du deuxième objet (du support de pièce 320). X peut être définie comme la direction verticale ou plus généralement un premier axe transversal et Y peut être défini comme une direction horizontale latérale ou plus généralement un deuxième axe transversal. Dans un mode de réalisation, le porte-outil 310 tourne autour d'un axe parallèle à cette direction X.
[0087] Lors de cette étape de référencement spatial de la position dans les trois directions X, Y et Z de la cible 200 (calibrage du dispositif optique 10), par exemple avec l'agencement des figures 6 et 9, on active une prise de vue par le système optique 100, ce qui engendre d'une part la
génération par le premier système d'acquisition d'images 112 du premier système de prise de vue 110 d'une première image de toute la face utile 202 de la cible 200 avec toute la face de référence 212 qui est nette et d'autre part la génération par le deuxième système d'acquisition d'images 122 du deuxième système de prise de vue 120 d'une deuxième image de toute la face inclinée 222 de la cible 200 avec seulement une zone nette sous forme de bande horizontale. Cette première image comporte l'image des zones localisées 217, ici délimitant un carré (voir la figure 10), de sorte que le traitement de la première image engendre les diagonales C1 et C2 du carré et permet d'identifier le centre C3 du carré. Ainsi, comme la position de l'axe optique O sur la première image est connue, la
détermination de la position du centre C3 du carré permet de connaître la position en X et en Y de la cible 200 par rapport à l'axe optique O, mais aussi d'une part par rapport à un repère 314 en direction X sur le porte outil 310 et d'autre part par rapport à un repère 316 en direction Y sur le porte-outil 310. En effet, comme on le voit sur les figures 6 et 9, on utilise à titre de référence en X une face du porte outil 310 qui est orthogonale à l'axe X, par exemple résultant d'un épaulement rentrant le long d'un tronçon du porte outil 310, visible comme une ligne sur la première image et forme ledit repère 314 en direction X (voir la figure 9). De plus, comme on le voit sur les figures 6 et 9, on utilise à titre de référence en Y une dimension du porte outil 310 à proximité de la cible 200, qui est
orthogonale à l'axe X, et dans le cas représenté qui est la largeur (parallèle à la direction Y) du porte outil 310 à proximité de la cible 200, par exemple le diamètre lorsque cette portion du porte-outil 310 est cylindrique de section circulaire ; cette dimension forme ledit repère 316 en direction Y (voir la figure 9).
[0088] En parallèle, on effectue le traitement de la deuxième image dont un exemple est visible sur la figure 15A. Par l'analyse du contraste local de cette deuxième image (voir la figure 15B représentant des courbes de contraste en fonction de la position en X), on détermine la position X0 dans la direction verticale X de la zone nette de la deuxième image. Cette analyse se fait via un algorithme permettant de déterminer les pixels les plus nets de l'image. Comme l'inclinaison de la face inclinée 222 est connue, on dispose d'une courbe de correspondance entre X et Z de cette face inclinée 222, propre à la cible 200. Grâce à cette courbe de correspondance, la connaissance de la position X0 (voir figure 15A et 15B) permet d'en déduire la position Z0 de la face inclinée 222 sur l'axe optique O, et donc la position en Z de la cible 200 par rapport au système optique 100. Par ailleurs, la position relative en Z du système optique 100 par rapport au support de pièce 320 est connue par une règle de mesure (non
représentée) disposée selon l'axe Z sur le support de pièce 320 et qui supporte le système optique 100. De même, la position relative en Z de la cible 200 par rapport au repère 314 du porte-outil 310 est connue.
[0089] En effectuant cette opération de multiples fois en modifiant à chaque fois la distance en Z du support de pièce 310 par rapport au porte- outil 320 ( par exemple en reculant ou en avançant le support de pièce 310), on peut ainsi reconstituer l'image tridimensionnelle de la face inclinée 222 de la cible 200, et disposer d'une base de référence formant une cartographie pour les coordonnées tridimensionnelles de la face inclinée 222 de la cible 200 par rapport au porte-outil 310. Au final, c'est toute la face utile 202 de la cible 200 (face de référence 212 et face inclinée 222) qui est référencée spatialement dans les trois directions X, Y et Z par rapport au porte-outil 310.
[0090] Ensuite, on peut réaliser la mesure proprement dite à chaque fois que nécessaire au cours des opérations d'utilisation du module d'usinage 300 équipé de cette cible 200 et de ce système optique 100, non démontés entretemps pour conserver la précision de la mesure du référencement spatial exposé précédemment. A cet effet, on se trouve par exemple avec l'agencement de la figure 6. On effectue, si nécessaire, une rotation du support de pièce 320 autour de son axe de rotation qui est parallèle à l'axe X (voir la flèche R sur la figure 1), pour aligner la cible 200 avec le système optique 100. Puis, on active une prise de vue par le système optique 100, ce qui engendre d'une part la génération par le premier système d'acquisition d'images 112 du premier système de prise de vue 110 d'une première image de toute la face utile 202 de la cible 200 avec toute la face de référence 212 qui est nette et d'autre part la génération par le deuxième système d'acquisition d'images 122 du deuxième système de prise de vue 120 d'une deuxième image de toute la face inclinée 222 de la cible 200 avec seulement une zone nette sous forme de bande horizontale
correspondant à la distance focale du deuxième système de prise de vue 120. L'analyse de cette première image permet, comme exposé
précédemment, d'identifier le centre C3 du carré formé par les éléments localisés 217, et ainsi la position en X et en Y de la cible 200 par rapport à l'axe optique O, et aussi par rapport au porte outil 310. L'analyse de la deuxième image et en particulier de la position de la zone nette de la deuxième image (comme sur la Figure 6) selon la direction X permet de connaître la position en Z, donc la distance, de la cible 200 par rapport au système optique 100. En effet, pour la deuxième image, comme on connaît la position Z de chaque pixel de l'image de la face inclinée 222 par rapport aux références 314 et 316 sur le porte-outil 310, il est possible de mesurer très rapidement la position Z de la cible 200 et donc du porte-outil 310.
[0091] On comprend de ce qui précède que de cette façon, on mesure très rapidement, uniquement par l'analyse des deux images engendrées par le système optique 100, et sans perte de temps que nécessiterait un réglage ou une mise au point de ce système optique 100, la position en X, Y et Z de la cible 200 par rapport au système optique 100 et partant du porte-outil 310 par rapport au support de pièce 320. Ceci est possible car on connaît la position en X, Y et Z du système optique 100 par rapport au support de pièce 320 qui le supporte. On peut faire ce référencement du centre matière (support de pièce 320) par rapport au porte outil 310 par exemple en montant un palpeur sur le porte-outil 310 puis dans une première étape de référencement dans la direction X venir en contact avec la point du palpeur sur le système optique 100 d'une part et sur le support de matière 320 d'autre part, ce qui donne l'écart dans la direction X entre le système optique 100 et le système optique 100. En effectuant à nouveau ces étapes de palpage après avoir placé l'axe du porte-outil 310 parallèlement à l'axe Z du support de pièce, on peut obtenir l'écart dans la direction Z entre le système optique 100 et le système optique 100.
En cas de dérive thermique, par exemple de dilatation des différentes parties du module d'usinage, cette procédure de mesure permet de s'affranchir de l'effet de la dilatation thermique.
[0092] Cette procédure peut être utilisée pour la détermination de la position ou du profil de la portion d'extrémité 313 de l'outil 312 monté sur le porte-outil 310 par le système optique 100, comme exposé ci-après. On procède selon les explications qui précède en relation avec le
référencement spatial de la position dans les trois directions X, Y et Z de la cible 200 par rapport au système optique 100, avec comme différence de placer non plus la cible 200 mais la portion d'extrémité 313 de l'outil 312 dans l'axe optique O du système optique (voir les figures 4 et 16). Dans ce cas, on comprend que lors de l'activation de l'unité de détection 304, à la fois le premier système de prise de vue 110 et le deuxième système de prise de vue 120 qui sont utilisés tous les deux (en particulier de manière simultanée) et donc c'est à la fois le premier système d'acquisition d'images 112 et le deuxième système d'acquisition d'images 112 qui génèrent une (ou plusieurs) image(s) de la portion d'extrémité 313 de l'outil 312.
En effet, dans cette position de mesure, la portion d'extrémité 313 est disposée de sorte que le plan focal image F1 du premier système de prise de vue 110 du système optique 100 puisse être confondu avec une portion de la surface de la portion d'extrémité 313, et de sorte que le plan focal image F2 du deuxième système de prise de vue est apte à être sécant avec une portion de la surface de la portion d'extrémité 313 : ainsi, la distance focale du deuxième système de prise de vue 120 est apte à placer le foyer image F2 du deuxième système de prise de vue 120 sur une portion de la surface de la portion d'extrémité 313.
[0093] Ainsi, on comprend que l'image prise par le deuxième système de prise de vue 120 permet par la zone nette de disposer d'une information précise sur la distance selon l'axe Z de la position de la portion d'extrémité 313 de l'outil 312 par rapport au système optique 100 (et donc du support de pièce 320) et l'image prise par le premier système de prise de vue 110 est une image de toute la face visible de la portion d'extrémité 313 de l'outil 212 avec toute ou une grande partie de cette image qui est nette. Cette image de la portion d'extrémité 313 prise par le premier système de prise de vue 110 permet de fournir une cartographie de cette portion
d'extrémité 313 de l'outil 212, y compris de visualiser la ligne du bord de cette portion d'extrémité 313 de l'outil 212 vue en projection selon axe Z et formant le profil ou une partie du profil de cette portion d'extrémité 313.
[0094] Ainsi, selon une troisième possibilité concernant le procédé de détection du profil de l'outil 312, tel que présenté précédemment, lors de l'activation de l'unité de détection 304, c'est (au moins le et dans certains cas uniquement) le premier système de prise de vue 110 qui est utilisé et donc c'est le premier système d'acquisition d'images 112 qui génère une (ou plusieurs) image(s) de la portion d'extrémité 313 de l'outil 312.
L'analyse de cette image permet de détecter le bord de l'outil tel qu'il est vu par le premier système de prise de vue 110. Il s'agit du bord, à savoir du contour, de la portion d'extrémité 312 de l'outil 312, vu en projection dans le plan (X, Y) orthogonal à la direction Z, elle-même parallèle à l'axe optique O du système optique. Ainsi, la forme (en l'occurrence la ligne) de ce bord de l'outil 312 découlant de l'image prise par le premier système de prise de vue 110 renseigne sur la géométrie de la portion d'extrémité 313 de l'outil 312 monté sur le porte-outil 31 au moment de la prise de vue. Cette image permet également de repérer la ou les arêtes de coupe (en projection) telle qu'elle(s) est (sont) vue(s) par le premier système de prise de vue 110. Ce repérage est à la fois en position, notamment par rapport au bord, qu'en géométrie (forme sur l'image de la ligne correspondant à l'arête de coupe). [0095] On comprend que ces opérations de prise de vue de la portion d'extrémité 313 de l'outil peuvent être réitérées plusieurs fois après une rotation selon l'axe X du porte-outil 310, notamment une rotation de quelques degrés ou 10 à 20°, pour avoir différentes prises de vue de la portion d'extrémité 313 depuis le système optique 100, selon différents angles. Toutes ces images permettent une reconstruction tridimensionnelle de la forme (du profil) de la portion d'extrémité 313 de l'outil 312.
[0096] Egalement, dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, on propose un procédé de détection de l'usure d'un outil 312 dans une machine-outil , dans lequel on met en oeuvre le procédé de détection du profil de l'outil tel que décrit précédemment (selon l'une ou l'autre des possibilités de mise en oeuvre décrites précédemment), ce qui engendre des informations (dont au moins une image) représentatives du profil de la portion d'extrémité 313 de l'outil dans un premier état, et qui comprend en outre les étapes suivantes :
vi) réalisation d'étapes d'usinage avec ledit outil 312, ce par quoi on obtient un outil 312 avec une portion d'extrémité 313 de l'outil présentant un profil modifié (deuxième état ou nouveau profil) , et
vii) positionnement du porte-outil 310 par rapport au support de pièce 310 dans ladite position opérationnelle de mesure (par exemple selon la configuration de la figure 4),
viii) activation de ladite unité de détection 304, et
ix) détermination , via le système optique 100, du profil modifié de ladite portion d'extrémité 313 de l'outil 312 monté dans le porte-outil 310 (par exemple pour vérification de la position et/ou orientation du profil de coupe, ou par exemple pour vérification de la nature de l'outil de coupe et donc qu'il s'agit de la catégorie d'outil de coupe requis pour l'opération d'usinage à venir), et
x) établissement d'un état d'usure de l'outil, à partir du profil et du profil modifié de ladite portion d'extrémité 313 de l'outil.
[0097] Ainsi, dans ce cas, la comparaison des informations liées à l'image (ou aux images) de la portion d'extrémité 313 de l'outil dans son premier état et dans son deuxième état, permet de déterminer, suivre et qualifier l'usure de l'outil, parmi lesquels le taux d'usure, le type d'usure, la vitesse d'usure . Cette procédure permet par exemple de construire une courbe d'usure au fur et à mesure de la prise d'image en parallèle de l'utilisation de l'outil, notamment pour un premier outil d'une série d'outils identiques. A chaque nouvel outil de cette série d'outils identiques, on peut refaire la courbe d'usure à partir des informations liées aux images prises, ou adapter la courbe d'usure déjà établie afin de former un abaque d'usure pour ce type d'outils. De cette manière, lors de l'utilisation du nième outil de cette série d'outils identiques, on peut réaliser des prises d'images moins fréquente et tout de même par comparaison avec les courbes d'usure ou l'abaque d'usure précédemment obtenue(s), voir la tendance et donc anticiper sur l'usure à venir avec cet outil, ce qui permet d'une part de modifier les réglages de la machine-outil en conséquence pour les nouvelles pièces fabriquées avec cet outil ou pour les nouvelles passes d'usinage encore à effectuer avec la pièce en cours et d'autre part anticiper/décider du changement d'outil ou non pour la prochaine pièce.
[0098] Cela sert aussi à qualifier le bon (mauvais) état de l'outil en vérifiant et validant (ou invalidant) qu'après les étapes d'usinage mises en oeuvre, l'outil présentant le profil modifié présente une nouvelle géométrie qui correspond toujours à celle requise par les spécifications.
[0099] Par ailleurs, La mise en oeuvre d'un tel procédé de détection de l'usure de l'outil 312 permet également notamment de connaître
l'orientation angulaire de l'outil 312 avec son profil modifié, par rapport à l'axe X du porte-outil, et donc par rapport au support de pièce 312, dans la position opérationnelle de mesure, et permet également de vérifier que l'outil 312 avec son profil modifié est dans l'orientation souhaitée par rapport au support de pièce 310 dans la position opérationnelle de mesure. Egalement, la mise en oeuvre d'un tel procédé de détection de l'usure de l'outil 312 permet d'établir le profil et de vérifier que l'outil 312 monté sur le porte-outil correspond à l'outil attendu (le profil détecté correspond au profil attendu et prédéterminé), et permet ainsi d'éviter de monter un outil dans un état inadéquat sur le porte-outil 310. [00100] Dans un mode de réalisation, on propose une machine-outil équipé d'un module d'usinage tel que décrit notamment, cette machine- outil comporte également une unité de suivi de l'usure de l'outil 306 (figure 1) qui est apte à calculer la déviation du profil de l'outil à partir des informations fournies par ladite unité de détection 304 du profil de l'outil 312. En particulier, dans cette machine-outil ladite unité de suivi de l'usure de l'outil 306 permet, lorsque ladite déviation du profil de la portion d'extrémité 313 de l'outil 312 dépasse une déviation
prédéterminée, que le profil modifié (nouveau profil) de ladite portion d'extrémité 313 de l'outil 312 monté sur le porte-outil 310, détecté par ladite unité de détection 304, soit utilisé pour recalculer les paramètres d'usinage. Ces paramètres d'usinage comprennent notamment des informations pour le déplacement du porte-outil 310, qui sont transmises à ladite unité de commande du porte-outil 302. En particulier, si cette déviation du profil dépasse une déviation seuil alors les informations liées au nouveau profil de l'outil sont utilisées pour recalculer les paramètres d'usinage comprenant des informations modifiées pour le déplacement du porte-outil 310, qui sont transmises à ladite unité de commande du porte- outil 302. Ainsi, ladite unité de commande du porte-outil 302 reçoit ces informations modifiées, ce qui permet d'adapter les étapes d'usinage en fonction de la mesure du profil de l'outil par l'unité de détection 304.
[00101] Les descriptions et explications précédentes ont été données pour mode de réalisation du module d'usinage 300 avec un porte-outil 310 s'étendant selon l'axe X qui est horizontal, avec un axe Y du module d'usinage 300 qui est vertical, avec un outil 312 rotatif autour d'un axe parallèle à l'axe X, et un porte-outil 310 mobile selon l'axe X. Selon un autre mode de réalisation visible sur la figure 17, on met en oeuvre selon l'invention un module d'usinage 300 avec un porte-outil 310 s'étendant selon l'axe X qui est vertical avec un axe Y du module d'usinage 300 qui est horizontal, toujours avec un outil 312 rotatif autour d'un axe parallèle à l'axe X, et un porte-outil 310 mobile selon l'axe X. Selon un autre mode de réalisation visible sur les figures 18 et 19, on met en oeuvre selon l'invention un module d'usinage 300 avec un porte-outil 310' portant une série d'outils 312, 312', 312", 312'" parallèles entre eux et alignés selon la direction Y (verticale). Chaque outil 312, 312', 312", 312"' de la série d'outils s'étend selon l'axe X qui est horizontal, chaque outil 312, 312', 312", 312'" étant rotatif (flèche A) autour d'un axe parallèle à l'axe X via une partie rotative du porte-outil 310' (par exemple une broche) qui porte un des outils 312, 312', 312", 312'" ; le porte-outil 310' étant mobile en translation selon l'axe X et selon l'axe Y, et de préférence également en rotation autour de l'axe vertical Y (flèche B). Ce mode de réalisation permet de poursuivre l'usinage en passant de l'un à l'autre des outils 312, 312', 312", 312'". Dans ce cas, le porte-outil 310' est équipé de plus d'une (au moins une) cible 200, éventuellement associée à une puce RFID comme exposé précédemment. Dans le cas représenté sur la figure 18, deux cibles 200 sont disposés sur la partie arrière du porte-outil 310' qui n'est pas rotative autour d'un axe parallèle à l'axe X. On pourrait prévoir (cas de figure non représenté) une cible 200 par outil 312, 312', 312", 312'" au niveau de la partie rotative du porte-outil 310' (par exemple une broche) qui porte un des outils 312, 312', 312", 312'".
Numéros de référence employés sur les figures
X Direction verticale (premier axe transversal)
Y Direction horizontale latérale (deuxième axe transversal)
Z Direction horizontale principale (Axe principal)
C1 Diagonale
C2 Diagonale
C3 Centre
a Angle de la face inclinée
R Flèche pour la rotation du porte-outil et de la cible
10 Dispositif optique
100 Système optique
O Axe optique
102 Face d'entrée du système optique
104 Source de lumière frontale annulaire
106 Source de lumière arrière
110 Premier système de prise de vue
DOF1 Profondeur de champ du premier système de prise de vue
F1 Plan focal image du premier système de prise de vue
112 Premier système d'acquisition d'images
116 Chemin optique du premier système de prise de vue
120 Deuxième système de prise de vue
F2 Plan focal image du deuxième système de prise de vue
DOF2 Profondeur de champ du deuxième système de prise de vue
122 Deuxième système d'acquisition d'images
126 Chemin optique du deuxième système de prise de vue
128 Module optique avec système optique catoptrique
129 Miroir
130 Troisième système de prise de vue
140 Source de lumière (Illumination latérale)
200 Cible tridimensionnelle
202 Face utile
210 Première structure
212 Face de référence Première portion (surface réfléchissante selon une réflexion diffuse)
Deuxième portion (surface réfléchissante selon une réflexion spéculaire)
Zones localisées
Ouverture
Logement
Deuxième structure
Face inclinée
Éléments en relief
Éléments spéculaires
Plaque de protection transparente
paroi de fond
Platine
Couche réfléchissante
Paroi cylindrique
Module d'usinage
Unité de commande du porte-outil
Unité de détection du profil de l'outil
Unité de suivi de l'usure de l'outil
Unité de commande du support de pièce
Porte-outil
' Porte-outil multi broches
Outil
' Outil
” Outil
'” Outil
Portion d'extrémité de l'outil
a Zone d'usure
Repère en X sur le porte-outil
Repère en Y sur le porte-outil
Support de pièce ou broche matière
Pièce à usiner (matière)

Claims

Revendications
1. Module d'usinage (300) par enlèvement de matière pour une machine- outil comprenant :
- un support de pièce (320) destiné à recevoir une pièce à usiner (322), - une unité de commande du support de pièce (308) apte à commander et à modifier la position du support de pièce (320) dans le module d'usinage (300),
- un porte-outil (310) destiné à recevoir un outil (312) présentant une portion d'extrémité (313) utile pour l'usinage de la pièce montée sur le support de pièce ;
- une unité de commande du porte-outil (302) apte à commander et à modifier la position du porte-outil (310) dans le module d'usinage (300),
- une unité de détection du profil (304) de l'outil (312) monté sur le porte- outil, ladite unité de détection (304) comprenant un système optique (100) permettant de déterminer le profil de ladite portion d'extrémité (313) de l'outil (312) monté sur le porte-outil (302), dans lequel ledit système optique (100) est monté sur le support de pièce (320).
2. Module d'usinage (300) selon la revendication 1, dans lequel ledit système optique (100) est configuré pour permettre de détecter ledit profil lorsque le porte-outil (310) est dans une position opérationnelle de mesure.
3. Module d'usinage (300) selon la revendication 2, dans lequel ledit système optique (100) comporte un premier système de prise de vue (110) qui est configuré de sorte que son plan focal image est apte à être sécant avec la portion d'extrémité de l'outil (322) dans ladite position
opérationnelle de mesure.
4. Module d'usinage (300) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit système optique (100) comporte un axe optique (O) orthogonal à la direction de l'axe X du porte outil (310).
5. Module d'usinage (300) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le système optique (100) appartient à un dispositif optique (10) de mesure qui est configuré pour permettre par une unique étape de prise de vue par le système optique (100) de déterminer la position relative
tridimensionnelle entre le support de la pièce à usiner (320) et le porte- outil (310).
6. Module d'usinage (300) selon la revendication 5, dans lequel ledit dispositif optique (10) de mesure est configuré pour permettre en outre par une unique étape de prise de vue de la portion d'extrémité de l'outil (322) monté sur le porte-outil (310) par le système optique (100) de déterminer le profil de la portion d'extrémité de l'outil (312) monté sur le porte-outil (310).
7. Module d'usinage (300) selon l'une des revendications 5 et 6, dans lequel ledit dispositif optique (10) de mesure comprend en outre une source de lumière frontale (104) orientée parallèlement à l'axe optique (O) du système optique (100) et en direction du porte-outil (310).
8. Module d'usinage (300) selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel ledit dispositif optique (10) de mesure comprend en outre une source de lumière arrière (106) orientée en direction du système optique (100).
9. Module d'usinage (300) selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel ledit module d'usinage (300) comporte en outre une cible (200)
appartenant au dispositif optique (10), ladite cible étant montée sur le porte-outil (310) et comprenant une face utile (202) formant une référence de positionnement apte à se placer dans l'axe optique (O) du système optique (100) lorsque le porte-outil est dans une position angulaire prédéterminée autour de son axe (X) et dans une position axiale
prédéterminée le long de son axe (X), formant une position de
référencement du porte-outil (310) par rapport au support de pièce (320).
10. Module d'usinage (300) selon la revendication 9, dans lequel la cible (200) est une cible (200) tridimensionnelle comprenant sur une face utile (202) :
* une première structure (210) définissant une face de référence (212) plane, et
* une deuxième structure (220) présentant une face inclinée (222) par rapport à ladite face plane de référence (212),
et dans laquelle ledit système optique (100) comprend un premier système de prise de vue (110) et un deuxième système de prise de vue (120), dans lequel la différence entre la distance focale du deuxième système de prise de vue (120) et la distance focale du premier système de prise de vue (110), est comprise entre la distance minimale et la distance maximale séparant la face de référence (212) de la face inclinée (222).
11. Module d'usinage (300) selon l'une des revendications 9 et 10, dans lequel ledit dispositif optique (10) de mesure comprend en outre une source de lumière (140) orientée en direction du porte-outil (310), ladite source de lumière (140) étant disposée afin d'être apte à constituer une illumination latérale de la cible (200) tridimensionnelle.
12. Module d'usinage (300) selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel le système optique (100) comprend un premier système de prise de vue (110) et un deuxième système de prise de vue (120), dans lequel :
- la profondeur de champ du premier système de prise de vue (110) est au moins 10 fois supérieure à la profondeur de champ du deuxième système de prise de vue (120), et dans lequel
- le système optique (100) est agencé de sorte que le chemin optique du premier système de prise de vue (110) et le chemin optique du deuxième système de prise de vue (120) présentent un tronçon commun placé sur l'axe optique (O) du système optique (100) et comportant le plan focal image du premier système de prise de vue (110) et le plan focal image du deuxième système de prise de vue (120).
13. Module d'usinage (300) selon les revendications 10 et 12, dans lequel ;
- le premier système de prise de vue (110) est configuré de sorte que son plan focal image est apte à correspondre à la face de référence (212) de la première structure (210), et
- le deuxième système de prise de vue (120) est configuré de sorte que son plan focal image est apte à être sécant avec la face inclinée (222) de la cible (200) tridimensionnelle.
14. Module d'usinage (300) selon l'une des revendications 1 à13, dans lequel le dispositif optique (10) comporte en outre un troisième système de prise de vue (130) disposé sur le porte-outil (310) et configuré pour repérer l'orientation angulaire du porte-outil (310) autour de son axe (X).
15. Machine-outil comprenant un module d'usinage (300) selon l'une des revendications 1 à 14, ladite machine-outil comprenant en outre une unité de suivi de l'usure de l'outil (306) qui est apte à calculer la déviation du profil de l'outil à partir des informations fournies par ladite unité de détection (304).
16. Machine-outil selon la revendication précédente, dans laquelle ladite unité de suivi de l'usure de l'outil (306) permet, lorsque ladite déviation du profil de l'outil dépasse une déviation prédéterminée, que le profil modifié de ladite portion d'extrémité de l'outil (312) monté sur le porte-outil (3s10), détecté par ladite unité de détection (304), soit utilisé pour recalculer les paramètres d'usinage, lesdits paramètres d'usinage comprenant des informations pour le déplacement du porte-outil (310), qui sont transmises à ladite unité de commande du porte-outil (302).
17. Procédé de détection de la position d'un outil (312) monté sur un porte- outil (310) dans un module d'usinage (300) comprenant un support de pièce (320) et un porte-outil (310) , comportant les étapes suivantes :
i) fourniture d'une unité de détection (304) dans le module d'usinage (300), ladite unité de détection (304) comprenant un système optique (100) permettant de déterminer le profil de ladite portion d'extrémité (313) de l'outil (312) monté sur le porte-outil (310), dans lequel ledit système optique (100) est monté sur le support de pièce (320),
ii) chargement de l'outil (312) dans le porte-outil (310),
iii) positionnement du porte-outil (310) par rapport au support de pièce (320) dans une position opérationnelle de mesure,
iv) activation de ladite unité de détection (304), et
v) détermination, via le système optique (100), de la position de l'outil (312) dans le module d'usinage (300).
18. Procédé de détection du profil d'un outil (312) monté sur un porte-outil (310), dans un module d'usinage (300) comprenant un support de pièce (320) et un porte-outil (310), comprenant les étapes suivantes :
i) fourniture d'une unité de détection (304) dans le module d'usinage (300), ladite unité de détection (304) comprenant un système optique (100) permettant de déterminer le profil de ladite portion d'extrémité (313) de l'outil (312) monté sur le porte-outil (310), dans lequel ledit système optique (100) est monté sur le support de pièce (320),
ii) chargement de l'outil (312) dans le porte-outil (310),
iii) positionnement du porte-outil (310) par rapport au support de pièce (320) dans une position opérationnelle de mesure,
iv) activation de ladite unité de détection (304), et
v) détermination, via le système optique (100), du profil de ladite portion d'extrémité (313) de l'outil (312) monté dans le porte-outil (310).
19. Procédé de détection de l'usure d'un outil dans une machine-outil, dans lequel on met en oeuvre le procédé de détection du profil de l'outil selon la revendication 18, et qui comprend en outre les étapes suivantes :
vi) réalisation d'étapes d'usinage avec ledit outil (312), ce par quoi on obtient un outil (312) avec une portion d'extrémité (313) présentant un profil modifié , et
vii) positionnement du porte-outil (310) par rapport au support de pièce (320) dans ladite position opérationnelle de mesure,
viii) activation de ladite unité de détection (304), et
ix) détermination du profil modifié de ladite portion d'extrémité (313) de l'outil (312) monté dans le porte-outil (310), et x) établissement d'un état d'usure de l'outil, à partir du profil et du profil modifié de ladite portion d'extrémité (313) de l'outil.
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