TW202111457A - 加工模組及具有工具輪廓偵測單元之機械工具，及工具輪廓偵測方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種用於一機械工具之材料移除加工模組，其包含： - 一零件支撐件，該零件支撐件意欲收納待加工之一零件； - 該零件支撐件之一控制單元，該控制單元經調適以控制並修改該零件支撐件在該加工模組中的位置， - 意欲收納一工具的一工具固持器，該工具具有用於對該零件進行加工的一末端部分； - 該工具固持器之一控制單元，該控制單元經調適以控制並修改該工具固持器在該加工模組中的位置， - 一單元，該單元用於偵測安裝於該工具固持器上之該工具的輪廓，該單元包括安裝於該工具固持器上的一光學系統，該光學系統用於判定安裝於該工具固持器上之該工具之該末端部分的該輪廓。

Description

加工模組及具有工具輪廓偵測單元之機械工具，及工具輪廓偵測方法

發明領域

本發明係關於機械工具之領域。本發明亦係關於加工模組中且特別而言機械工具中現場光學偵測工具之位置的領域。本發明亦係關於加工模組中且特別而言機械工具中現場光學偵測工具之輪廓的領域。其為特別而言關於形成機器之機械工具且特別是針對旋轉加工步驟(車削、棒材車削……)，包括以數字形式控制之機械工具的問題，該機器藉由移除材料來加工。

在機械工具領域中，需要精準地知曉安裝於工具固持器上之工具的位置。亦有用的是知曉該工具之磨耗的演化。此資訊為有用的以確保加工範圍符合在設定期間開發的加工計劃。

藉助於加工模組(機械工具)，詳言之截斷器、自動機床、車削-銑削中心、銑削機器、加工中心及轉移機器之零件的製造通常包括三個獨特階段：

在第一或設定(或預調整)階段，操作者(例如，桿轉向器)在加工模組上對機器計劃，亦即對於獲得所要求之加工零件必要的連續的操作及心軸移動進行界定及測試。操作人員旨在例如獲得可能的最高效加工計劃，亦即，使得能夠運用最小數目個操作加工給定零件且避免工具之間或與零件之碰撞的加工計劃。操作者選擇待使用之工具且驗證所獲得之零件的品質，例如表面狀態、與容許度之符合性等。

在第二或生產階段，一系列零件於使用在設定期間界定之參數預調整的加工模組上生產。此階段為僅生產階段；其通常被施行24/7，加工模組藉助於饋入器或金屬塊(未完成零件)載入器被饋入有原始材料。

如下情形可發生：一系列零件之生產被中斷以例如替換磨耗工具以在同一加工模組上生產另一類型之零件，從而維護機器等且接著隨後重新開始。在此種類之情形下，起動階段為必要的以應用先前在設定期間界定的參數。此起動快於設定。

在起動期間，常常有必要的是用對於必須實現之加工適當的另一組工具替換安裝於機器上的工具。此等工具之精準位置及磨耗位準判定加工之品質，但此等參數難以在後續起動期間再現。

此外，在生產階段期間，在且當新零件經加工時，且詳言之在長的生產遍次狀況下，對於彼處，工具固持器與零件支撐件之間的位置漂移，詳言之藉由機器之熱膨脹引起的漂移有可能出現。此外，在知曉用於加工之工具的末端部分之磨耗情況下，形成切削區且包含一或多個切削刃對於維持加工品質為決定性的。通常稱作磨耗率但實際上涵蓋有時以組合形式存在的不同磨耗製程的此磨耗之演化常常從不被監控，且在此磨耗被監控情況下，其係藉助於輔助設施，此情形使得針對此監控且針對在加工模組中卸下工具/重新安裝工具的額外時間成為必需。

因此，在加工製程期間，磨耗工具之使用不僅不適合於零件之所要求加工而且甚至會折斷切削工具，且在與加工模組分離之專用系統中監控磨耗帶來對於產生系統之生產率且對於成本效益有害的效應。

重要的是能夠保持加工參數，從而產生與待加工之零件之規範的嚴格符合、使機械工具之生產時間的百分數最佳化且亦使每一工具的使用時間最佳化。實際上，控制機械工具之指令的序列並不予以修訂，或僅在一次一個的基礎上修訂，而貫穿其使用時間，工具之末端部分遭受其輪廓的修改切削刃之幾何形狀及位置的逐漸演化。

在使用期間存在工具之磨耗的輪廓之演化的眾多情境：可敘述例如凸紋磨耗(前部面上的磨耗線帶)、劃傷磨耗、凹坑磨耗、產生塑性變形之磨耗(凹入或突起)、積屑瘤的形成、在切削區外部產生裂開的磨耗、切削刃裂開、產生熱裂紋的磨耗、折斷切削刃……

可為有益的是，不僅經由切割區上方材料的損失而且藉由監控輪廓之形狀的演化來評估工具的磨耗，以便預計遭遇之磨耗的類型且因此依據遭遇之磨耗的類型來修改機械工具之一或多個不同加工及/或定位參數。舉例而言，在劃傷磨耗狀況下，可因此選擇以修改切削深度，而在藉由塑性變形引起之磨耗的狀況下，可做出決策以增大噴出冷卻液的速率。

發明背景

一些根據經驗之解決方案推薦在給定數目個加工零件之後更換工具。不僅此等解決方案使生產工具之成本效益最佳化，尤其是在昂貴的或難以獲得之專用工具的狀況下，而且此外此等解決方案並不保證工具之最終折斷或磨耗對所製造零件之品質的有害結果。

存在如下系統：該等系統藉助於觸角(在接觸情況下)或在無接觸情況下(視覺、雷射或電場偵測)評估或量測切削工具磨耗以便驗證切削工具(例如，銑削工具或鑽孔機)的完整性或可接受性。此等檢查在與長的生產運作要求不相容之加工製程及模組外部實現，此舉產生無生產的時間段。此種技術在文獻US2006021208、CA2071764A1、US2014233839及FR2952196中予以描述。

可進一步敘述如下監控系統：基於藉由感測器進行的由機械工具傳輸之信號的量測，特別是諸如機器之凸輪桿或心軸之機械零件的聲學量測或力量測(力、力矩、有效功率……)識別工具的斷裂。藉由比較偵測到之信號(振動、雜訊、壓力……)與先前藉由監控系統在正常加工循環期間儲存的模型信號，有可能在所記錄信號自模型信號偏離過多情況下觸發警示信號。

文獻US2018111240描述如下解決方案：無接觸量測裝置使用在發光器元件與光接收器元件之間延伸的光阻障來偵測旋轉加工工具的位置。因為工具之主動部分與光發射器及接收器元件的近接性，此技術要求保護構件，特別是以便於在工具附近之環境中有油及碎屑存在情況下不損害該光發射器及接收器元件。此外，此系統使得有可能知曉工具是否正觸碰光阻障或不給予關於工具之末端部分之精準位置或輪廓的資訊。

文獻FR2645782描述一種用於監控裝備有以數字方式控制之機械工具之加工中心中的工具斷裂之系統。兩個視訊攝影機產生工具的加工之前及之後的視圖，且影像之比較使得有可能偵測影響工具的異常。文獻EP3021183提議一種整合至機械工具中的裝置，該裝置用於經由視訊攝影機監控並校正工具固持器上工具之切削刃的位置。然而，此等設施依賴於對於機械工具中的額外參考座標系，即對於視訊攝影機特定的參考座標系，使致使視訊攝影機在機械工具中且相對於機械工具之數個零件中之每一者的定位有可能成為必需。此種類之配置潛在地產生關於工具，特別是相對於待加工之零件之位置的額外誤差。

自前述內容浮現，需要在藉由移除材料進行的加工期間在使用中增強(更正規、更快速及/或更精準)地判定工具之末端部分(主動加工部分)的輪廓。

發明概要

本發明之一個目標為提議一種加工模組，該加工模組能夠判定安裝於一加工模組之工具固持器上之工具之末端部分的輪廓。

本發明之另一目標為能夠快速判定安裝於工具固持器上之工具之末端部分的位置或輪廓，或者位置及輪廓兩者。因此，目的為提議一種能夠在不拆卸工具或工具固持器情況下判定工具之末端部分的輪廓(位置)的解決方案，拆卸工具或工具固持器不僅浪費時間，但重要的是修改機械工具中工具固持器中的工具及工具固持器的定位參考。

本發明之另一目標為提議一種無已知加工模組之限制的加工模組。

根據本發明，以上目標特別而言藉助於一種用於一機械工具之材料移除加工模組來達成，該材料移除加工模組包含： - 一零件支撐件，該零件支撐件意欲收納待加工之一零件， - 該零件支撐件之一控制單元，該控制單元經調適以控制並修改該加工模組中之該零件支撐件的位置， - 意欲收納一工具的一工具固持器，該工具固持器具有用於對安裝於該零件支撐件上之該零件進行加工的一末端部分； - 該工具固持器之一控制單元，該控制單元經調適以控制並修改該工具固持器在該加工模組中的位置， - 一單元，該單元用於偵測安裝於該工具固持器上之該工具的輪廓，該偵測單元包含用於判定安裝於該工具固持器上之該工具之該末端部分的輪廓之一光學系統，其中該光學系統安裝於該零件支撐件上。

相較於用於量測並偵測工具之末端部分的構件就地在加工模組中，因此在機械工具中的先前技術，此解決方案特別而言具有優勢。此組態之優勢中的一者存在於以下事實：工具之加工操作發生所在的正在局部量測或成像之末端部分，所得量測或影像實際上對應於無假影情況下工具之末端部分的形狀/幾何形狀/位置的即時真實情況。因此，若工具遭受藉由加工模組之局部溫度引起的變形，則此熱漂移被予以考慮，而在依賴於與機械工具分離之量測模組的狀況下，工具將必須被冷卻，且量測將包括藉由溫度之改變引起的假影。另一優勢存在於如下事實：由於光學系統附接至零件支撐件，因此零件支撐件與工具固持器之間的空間參考之全部充當光學系統與工具之間的參考，如藉由光學系統所可見：若工具/工具固持器安裝於與機械工具分離之量測模組中，則此情形防止藉由出現之參考座標系的改變引起的量測假影。

實際上，該偵測單元形成用於量測輪廓且因此整合至加工模組中之工具之磨耗的單元。此配置啟用工具之磨耗就地，即在加工模組自身中且因此在不自工具固持器拆下模組情況下且在不與工具接觸情況下的監控。為此目的，該偵測單元安置於加工模組中，特別而言在工具固持器附近。另外，清楚的是，將經調適以檢視安裝於工具固持器上之工具之末端部分的光學系統直接置放在零件支撐架上，亦即零件支撐元件上啟用特別是處理時間(光學系統已經定位以偵測工具之末端部分)及精度(光學系統在工具固持器中之位置被精準地已知且固定，無鏈接至光學系統與工具固持器之間的相對位置之判定的誤差添加至光學系統與工具之末端部分之間的相對位置之判定)上的改良。

在本文中，表達「零件支撐件」應理解為意謂「包含元件之機械工具模組，該元件啟用安裝及保持(特別而言，夾鉗)且拆下待加工之零件，以及待加工的零件在機械工具之加工模組的空間內之移動」。此零件支撐件通常被稱作「材料心軸」。又，在本文中，表達「工具固持器」應理解為意謂「包含元件之機械工具模組，該等元件啟用一或多個工具之安裝及保持(特別是夾鉗等)及拆下以及該工具或彼等工具在機械工具中之加工模組之空間內之移動」。

因此，將不必要的是做出決定以替換切削工具及/或改變僅關於表示切削工具之法制(law governing)磨耗之數學模型的切削參數以及可能經驗曲線，該等經驗曲線並非總是可用的，或至少貫穿存在之參數範圍存在。歸功於本發明，此外將有可能的是藉由將運用根據本發明之加工模組實現的輪廓量測值整合至例如資料庫中來增大探索之範圍且因此增大經驗曲線庫。

因此，有可能定製對於每一工具，甚至一系列類似工具中之每一工具特定之使用時間的最佳化。舉例而言，將有可能的是在磨耗之演化的參數超出預定限值情況下縮短工具之使用時間，特別是因為實際上工具之磨耗的演化相較於理論磨耗型號為更不利的；或在磨耗演化參數並不超出預定限值情況下延長工具之使用時間，此係因為實際上工具之磨耗相較於理論磨耗模型為更有利的。

在一個實施例中，光學系統為量測光學裝置之部分，該部分經組配以經由藉由光學系統進行的單一成像步驟啟用待加工之零件之支撐件與工具固持器之間的三維相對位置之判定。特別而言，光學系統使工具固持器，例如工具固持器之特定區成像，且根據一個可能性，光學系統使安裝於工具固持器上之目標成像且形成定位參考。

本發明亦係關於一種包括如本文中描述之加工模組的機械工具，該機械工具更包括用於監控工具之磨耗的單元，該單元能夠在藉由該偵測單元供應之資訊為基礎計算工具之輪廓的導出。此正使用加工模組來分析工具之狀態且特別地分析其磨耗。

因此清楚的是，基於偵測單元且基於關於實行加工之工具之狀態供應的資訊，因此有可能的是分析工具之狀態、工具之磨耗位準及/或其形狀漂移，特別是關注切削區之處。

本發明亦係關於如下各者： - 一種用於偵測工具之位置的方法， - 一種用於偵測工具之輪廓的方法，以及 - 用於偵測機械工具中工具之磨耗的方法，該工具安裝於加工模組中之工具固持器上，該加工模組包括零件支撐件及工具固持器。

此等方法將在詳細描述內容中進一步解釋及描述。

較佳實施例之詳細說明

參看圖1，加工模組300包括零件支撐件320及工具固持器310。零件支撐件320可經設計而以可移除方式，特別是經由可移動固定構件安裝於加工模組300上。如圖1中可看出，可移除地安裝於零件支撐件320上為待加工之零件322 (此處，表示未經加工棒或未完工零件)。零件支撐件320包括被稱作材料心軸的事項，該零件支撐件包含例如夾鉗、夾盤、棒轉動套管或者托板或托板固持器。零件支撐件320之主方向對應於方向Z。工具固持器310可經設計而以可移除方式，特別是經由可移動固定構件安裝於加工模組300上。如在圖1中可看出，可移除地安裝於工具固持器310上為工具312 (分接頭或銑削工具以簡化方式表示)。工具固持器310包括例如心軸、托架或台鉗或再者螺紋梳刀。工具固持器310之主方向對應於方向X。在加工模組300中，垂直方向對應於方向Y，且三個方向X、Y及Z形成正交座標系統。

工具固持器控制單元302能夠控制並修改加工模組中300中之工具固持器310的位置。在機械製造之領域中且在本文中，術語「控制」指定具有發佈移動指令至機械工具之所有元件之功能的硬體及軟體元件的全部。加工模組300亦包括零件支撐件320之控制單元(並未表示)。

加工模組300更包括偵測單元304，從而使得能夠偵測安裝於工具固持器310上之工具312的位置且又輪廓。為此目的，該偵測單元304包括光學系統100，從而判定安裝於工具固持器310上之工具312之末端部分313的輪廓(參見圖4、圖6及圖8)。自光學系統之入射面102延伸的此光學系統100之光軸O表示於圖1中。在圖1之配置中，此光軸O平行於方向Z，或零件支撐件320的主方向。光軸O較佳亦正交於工具固持器310之軸X的方向，如圖1中所表示。根據本發明，如圖1中所表示，安裝於零件支撐件320上為光學系統100，光學系統100之感測器零件的至少全部，及可自光學系統100之感測器零件拆離且因此置放於加工模組300中其他地方的照明部件。

如下文將解釋，此光學系統為成像光學系統100，即能夠經由包括於光學系統100中之影像俘獲系統產生工具之輪廓之影像的光學系統。特別而言，此光學系統100包括一組光學組件及影像獲取系統。此種類之影像獲取系統使得能夠俘獲攝影及/或視訊影像，且例如為視訊攝影機或靜態攝影機，詳言之數位靜態攝影機。在本發明之情形下，考慮光學系統100，該光學系統結合一或多個光源起作用。又，清楚的是，根據本發明之光學系統100的影像俘獲系統形成影像感測器。與光學系統100之影像俘獲系統相關聯的光源形成電磁輻射或光輻射之發射器，發射器可為單色的，或藉由組合一系列單色電磁輻射而在一範圍的波長上擴展(多色光)。在一個實施例中，前述光源並非雷射輻射源，且根據本發明之光學系統100的影像俘獲系統形成並不包括雷射發射器或不與雷射發射器相關聯的影像感測器。

在本文中，藉由「工具之末端部分」意謂工具的包括用於進行加工之區且因此切削區的終端零件，該(等)切削區包括藉由主動面與邊緣之間的交叉部界定之切削刃。圖2以放大比例尺繪示工具312之此種類的末端部分313。在圖3中，工具之不同於圖2之部分的末端部分313之磨耗的實例可經由在凸紋面與切削麵之間劃分的磨耗區313a可見。

在本文中，藉由末端部分「輪廓」意謂末端部分之二維表示或末端部分的三維表示。舉例而言，此輪廓可包括對應於工具之末端部分之外廓的線，該外廓投影於平面上或與平面，特別是與光學系統100之光軸O正交的平面形成交叉部。又，此輪廓可形成工具(例如，小型板)的包括切削刃之末端部分313的三維形狀。又，此輪廓可對應於藉由類似於地形學輪廓之一系列線表示的工具之末端部分313的三維形狀。

光學系統100經組配以在工具固持器310處於在圖4中表示之量測操作位置時使得能夠偵測工具312之末端部分313的輪廓。在此操作量測位置中，工具固持器310及零件支撐件320靠近與彼此。在此量測操作位置中，光學系統100之光軸O可與工具312之末端部分313或工具312相交，或足夠靠近於工具312從而對於工具312而言係在光學系統100的視野內。換言之，在此狀況下，在此量測操作位置中，工具固持器310之末端與光學系統100的出射面(或入射面102)對準。此情形意謂，來自光學系統100之光徑與工具固持器310之末端及/或工具312的尖端或更一般而言末端部分313相交。 在一些狀況下，在量測操作位置中，工具312之末端部分313與工具固持器之軸線Z之間的最短距離小於50 cm，或甚至小於30 cm，且有時小於15 cm。舉例而言，在量測操作位置中，工具312之末端部分313與零件支撐件之軸線Z之間的最短距離因此介於5與50 cm(包括端點)之間，有時介於5與30 cm(包括端點)之間，或在20與30 cm(包括端點)之間，或者在5與15 cm(包括端點)之間。 在一些狀況下，該操作量測位置對應於用於將工具312載入至工具固持器310上的位置：輪廓可因此一安裝工具312就予以量測。 又，在該量測操作位置中，工具固持器310之軸線X可具有相對於光學系統100之光軸O不同的定向： - 在一些狀況，工具固持器310之軸線X正交於光學系統100之光軸O的方向，如圖1中所表示，使得光學系統100可見工具312之末端部分及尖端的一側， - 在一些狀況下，工具固持器310之軸線X與光學系統100之光軸O的方向共軸或平行(此情形並未予以表示)，使得光學系統100可見僅工具312的尖端， - 在其他狀況下，工具固持器310之軸線X相對於光學系統100的光軸O傾斜(軸線X與O之間的不同於90°的非零角度的此情形並不予以表示)。 實際上，取決於攜載根據本發明之加工模組300的機械工具，工具固持器310及其軸線X的定向可經改變，特別而言在機械工具具有針對工具固持器310之五個或六個移動軸線的狀況下。

現參看圖4，該圖表示光學系統100的一個實施例。光學系統100包括一第一影像俘獲系統110，該第一影像俘獲系統經組配，使得其影像焦平面能夠在該量測操作位置中與工具312的末端部分313相交。此外，第一影像俘獲系統110包括第一影像獲取系統112，從而使得能夠在量測操作位置中俘獲工具312之末端部分313的影像。在圖1及圖4中，亦可見靠近於，可能安裝於工具固持器310上的側向光源140以便在量測操作位置中提供工具312之末端部分313的側向照明。 其他類型之光源或額外光源可獨立於彼此提供或彼此互補地提供。 在一個實施例(參見圖1、圖7及圖16)中，光學裝置10更包括一前部光源104，該前部光源平行於光學系統100之光軸O且在工具固持器310的方向上定向。此光源104可安置於光學系統100附近。此光源104定向於工具312之方向上，以便在量測操作位置中提供工具312之末端部分313的前部照明。特別而言，如圖1、圖7及圖16中可看出，此前部光源104為包圍光學系統100之入射面102的角光源：在此狀況下，前光源104與光學系統100的光軸O共軸。此前部光源104啟用藉由光學系統100可見之工具之末端部分313之表面的良好照明。 在一個實施例(參見圖1及圖16)中，光學裝置10更包括一後部光源106，該後部光源定向於光學系統100的方向上。此光源106經安置以便在量測操作位置中提供工具312之後部部分313相對於光學系統100的後部(「背面」)照明。特別而言，如圖1及圖16中可看出，此後部光源106與光學系統100之光軸O共軸，較佳地一致。在量測操作位置(參見圖16)中，工具之末端部分313定位於光學系統100之入射面102與後部光源106之間，使得工具之末端部分313自後方照射，此情形增強末端部分313之外廓的區中俘獲的影像之對比度，如藉由光學系統100所可見。

光學系統100亦包括具有第二影像獲取系統112之第二影像俘獲系統120，且在量測操作位置中亦啟用工具312之末端部分313之影像的俘獲。為此目的，第一影像俘獲系統210之光徑及第二光學影像俘獲系統120之光徑具有共同光徑部分，該共同光徑部分指向光學系統100檢視到的物件且係自該物件開始，該物件在此個例中為工具312的末端部分313 (參見圖4及圖16)。在將參看圖6及圖8描述之另一量測組態中，其為安裝於工具固持器310上的目標200，該目標形成藉由光學系統100可見的所檢視物件。下文中，藉由「經檢視物件」意謂特別是安裝於工具固持器上之工具312的末端部分313或目標200。在量測操作位置中，第一影像俘獲系統210面向所檢視物件之方向，且形成與所檢視物件對準的影像俘獲系統，且第二影像俘獲系統120具有光徑126，該光徑接合與所檢視物件對準之影像俘獲系統110的光徑116且形成一影像俘獲系統，該影像俘獲系統相對於光學系統100之光軸O且相對於光徑116及126之共同部分關於所檢視物件為偏心的(與所檢視物件對準)。光軸O疊加於第一光徑116及第二光徑126之共同部分的平均半徑上。在此共同部分中，第一光徑116及第二光徑126之數個區段平行於彼此但不必疊加。

在光徑116及126之共同部分中，光線至少部分重合，或僅平行於彼此。偏心之第二影像俘獲系統120具有在此第二影像俘獲系統120內部之光徑部分126，該光徑部分較佳平行於光軸O。光徑126之此內部部分連接至或更精準地接合第一影像俘獲系統110的光徑116，該光徑藉由包括諸如鏡面129之折射反射光學系統之專用光學模組128對準。以此方式，偏心影像俘獲系統(此處第二影像俘獲系統120)的入口連接至經對準之影像俘獲系統(此處，第一影像俘獲系統110)的路徑或光徑。 因此，光學系統100包括光學模組128 (例如，包括諸如鏡面129之反射折射光學元件)，該光學模組安置於第一影像俘獲系統110與第二影像俘獲系統120之間且經組配以使通過第一及第二影像俘獲系統中之一者之至少一部分的光線中之一些轉向至第一及第二影像俘獲系統中的另一者。光學系統100係使得自藉由光學系統100檢視之物件(圖4及圖16中工具312的末端部分313及圖6及圖8中之目標200)起的光徑在到達第一影像俘獲系統110及第二影像俘獲系統120中之另一者(圖4、圖6、圖8及圖16中的第二影像俘獲系統120)之前通過第一影像俘獲系統110或第二影像俘獲系統120 (圖4、圖6、圖8及圖16中的第一影像俘獲系統110)的至少一部分。 又，在所表示之組態中，第一影像俘獲系統110及第二影像俘獲系統120彼此平行地安置。又，在所表示之組態中，第一影像俘獲系統110直接安裝於零件支撐件320上且第二影像俘獲系統120相對於第一影像俘獲系統110之光軸為偏心的但相反情形可適用，即可存在第二影像俘獲系統110直接安裝於零件支撐件320上且影像俘獲系統120相對於第一影像俘獲系統110之光軸偏心的組態。

以此方式，清楚的是，當第一影像俘獲系統110與所檢視物件對準時，第二影像俘獲系統120亦可見所檢視之物件且亦能夠對所檢視物件成像且產生該所檢視物件的影像。如現將解釋，此影像可用以判定工具312之位置且判定工具312之末端部分的輪廓。

因此，在本發明之一個實施例中，提議一種在包括一零件支撐件320及一工具固持器310之一加工模組300中偵測安裝於一工具固持器310上之一工具312之位置的方法，該方法包括以下步驟： i) 在加工模組300中提供偵測單元304，該偵測單元304包括用於判定安裝於工具固持器310上之工具312的該末端部分313之輪廓的光學系統100，在該單元中，光學系統100安裝於零件支撐件320上， ii) 將工具312載入至工具固持器310中：此步驟判定工具312與工具固持器310之間的相對位置， iii) 在量測操作位置中(例如，根據圖4之組態)，相對於零件支撐件320定位工具固持器310：此步驟以對於光學系統100可見之方式啟用工具312的置放，且特別而言工具312之末端部分313或者工具312的某其他部分的置放， iv) 啟動該偵測單元304，及 v) 經由光學系統100，判定工具312在加工模組300中的位置。

在此階段，有必要的是再次指出，如諸圖中所繪示，在根據本發明之加工模組300之配置的狀況下，該光學系統100安裝於零件支撐件320上。因此，清楚的是，由於藉由工具312之光學系統100進行的成像(且特別是工具之末端部分313的成像)啟用不僅判定工具312 (工具之該末端部分313)與零件支撐件320之間的相對位置而且判定工具固持器310與零件支撐件320之間的相對位置。

根據與偵測工具之該方法相關的第一可能性，在啟動偵測單元304之後，便使用第一影像俘獲系統110，且因此是第一影像獲取系統112產生工具312之末端部分313之一(或多個)影像。此影像且特別而言如藉由第一影像俘獲系統110可見之此影像(例如由圖4之配置產生)之準確聚焦區在方向X上且相對於工具之邊緣的位置的分析使得能夠判定工具312相對於光學系統100之距離且因此工具313在Z上的位置。此影像亦使得能夠識別如藉由第一影像俘獲系統110可見的切削刃(在投影中)。此識別係依據特別而言相對於邊緣的位置及幾何形狀(對應於切削刃之線的影像之形狀)兩者。

根據與偵測工具之位置之該方法相關的第二可能性(作為對前述第一可能性的替代或除前述第一可能性外)，在啟動偵測單元304之後，便使用第二影像俘獲系統120，且因此是第二影像獲取系統122產生工具312之末端部分313之一(或多個)影像。此影像且特別而言如藉由第一影像俘獲系統110可見之此影像(例如由圖4之配置產生)之準確聚焦之區在方向X上相對於工具之邊緣的位置的分析使得能夠判定工具312相對於光學系統100之距離，因此工具313之在Z上的位置。此影像亦使得能夠判定如藉由第二影像俘獲系統120可見的切削刃(在投影中)。此識別係依據特別而言相對於邊緣的位置及幾何形狀(對應於切削刃之線的影像之形狀)兩者。

又，在本發明之一個實施例中，提議一種在包括一零件支撐件320及一零件固持器310之一加工模組300中偵測安裝於一工具固持器310上之一工具312之輪廓的方法，該方法包括以下步驟： i) 在加工模組300中提供偵測單元304，該偵測單元304包括用於判定安裝於工具固持器310上之工具312的該末端部分313之輪廓的光學系統100，其中光學系統100安裝於零件支撐件320上， ii) 將工具312載入至工具固持器310中：此步驟啟用工具312與工具固持器310之間的相對位置之識別， iii) 在量測操作位置中(例如，根據圖4之組態)，相對於零件支撐件320定位工具固持器310：此步驟以對於光學系統100可見之方式啟用工具312的置放，且特別而言工具312之末端部分313或者工具312之某其他部分的置放， iv) 啟動該偵測單元304，及 v) 經由光學系統100判定安裝於工具固持器310中之工具312之該末端部分313 (或某其他部分)的輪廓。

根據與偵測工具312之輪廓的該方法相關的第一可能性，在啟動偵測單元304之後，使用第一影像俘獲系統110，且因此是第一影像獲取系統112產生工具312之末端部分313的一(或多個)影像。此影像之分析啟用工具的如藉由第一影像俘獲系統110可見之邊緣的偵測。此指在正交於方向Z之平面(X, Y)中的投影中可見的工具312之末端部分312的邊緣，亦即，外廓，該平面本身平行於光學系統的光軸O。因此，工具312之此邊緣的形狀(在此個例中，外廓的線)提供關於在成像時安裝於工具固持器31上之工具312之末端部分313的幾何形狀之資訊。 此影像亦使得能夠識別如藉由第一影像俘獲系統110可見的切削刃(在投影中)。此識別係依據特別而言相對於邊緣的位置及幾何形狀(對應於切削刃之線的影像之形狀)兩者。

根據與偵測工具312之位置之該方法相關的第二可能性(作為前述第一可能性的替代或除前述第一可能性外)，在啟動偵測單元304之後，使用第二影像俘獲系統120，且因此是第二影像獲取系統122產生工具312之末端部分313的一(或多個)影像。此影像之分析啟用工具之邊緣的如藉由第二影像俘獲系統120可見的偵測。此為在正交於方向Z之平面(X, Y)中的投影中可見的工具312之末端部分312的邊緣，亦即外廓的問題，該平面本身平行於光學系統之光軸O。因此，工具312之此邊緣的形狀(在此個例中，線)提供關於在成像時安裝於工具固持器31上之工具312之末端部分313的幾何形狀之資訊。此影像亦使得能夠識別如藉由第二影像俘獲系統120可見的切削刃(在投影中)。此識別係依據特別而言相對於邊緣的位置及幾何形狀(對應於切削刃之線的影像之形狀)兩者。

偵測工具312之輪廓之方法的此種類之使用在量測操作位置中特別是判定工具312相對於工具固持器之軸線X且因此相對於零件支撐件312的角度定向，且亦啟用工具312在量測操作位置中相對於零件支撐件是處於所要求定向的確認。又，偵測工具312之輪廓的此種類之方法的使用使得有可能建立輪廓且驗證，安裝於工具固持器上之工具312對應於預期工具(偵測到之輪廓對應於預期預定輪廓)且因此使得有可能防止將不適當工具安裝於工具固持器310上。

在圖8中，表示包括光學系統100及三維目標200的光學裝置10，該光學系統及該三維目標經調適以在一個實施例中彼此協作以實現目標200與光學系統100之間的相對位置之三維量測。如下文中將解釋，此量測亦啟用工具固持器310 (攜載目標200)與零件支撐件320 (攜載光學系統100)之間的相對位置之量測，且工具312 (安裝於工具固持器310中)與零件322 (安裝於零件支撐件320)之間的相對位置自前述量測值的演繹。實際上，在此量測位置中，目標200定向於光學系統100之方向中，平行於主軸線，從而形成水平主方向Z。為此目的，在光學系統100之輸出處，光徑O正交於目標200的主動面202。

現將參看圖8、圖10、圖11及圖12來描述目標200。目標200採用尖端之形式，該尖端此處具有圓形截面圓柱體形狀(該尖端可具有正方向或其他截面)，該尖端之一側形成主動面202從而產生量測。為了產生量測，此主動面202因此轉向光學系統100，且詳言之朝向光學系統100的入射面102，軸線Z對應於主方向(在諸圖中為水平的)從而分離主動面202與光學系統100的入射面102。

目標200之主動面202的表面在第一結構210與第二結構220之間劃分。第一結構210包括平面參考面212，該平面參考面之表面為平滑的且在表面為漫射反射的第一部分214與表面為鏡面反射之第二部分216之間劃分。更一般而言，該平面參考面212在表面根據第一反射參數為反射性的至少一個第一部分(214)與表面為根據不同於第一反射參數之第二反射參數為反射性的第二部分(216)之間劃分。在一個實施例中，第一部分214塗佈有漫射反射層，例如，硫酸鋇BaSO4層，且第二部分216由鏡面反射層，例如鉻層來形成。在所繪示之實施例中，第二部分216由具有圓形形狀之多個局部區217組成，從而形成安置於第一部分214中的係連續的島狀物(islet)。更一般而言，第二部分216根據定位於第一部分214中之一系列局部化區217劃分。根據一個可能性，該第二部分216之局部化區217由第一部分214中之分散式島狀物或片段來形成。此等局部化區217可具有其他形狀，諸如不同於圓形形狀的片段或島狀物。此等局部化區217在其之間界定來自如下清單的幾何圖形：四邊形、平行四邊形、矩形、正方形、菱形、規則多邊形及圓形。此幾何圖形可為具有中心對稱性的幾何圖形。在圖10及圖11中，二十四個圓形局部化區217以正方形安置。此第一結構210之目標能夠使用表面檢視工具來精準地識別其中心C3。運用正方形形狀，此正方形之兩個對角線C1及C2在正方形之中心處相交。應注意，在量測位置中，如圖6至圖12中所繪示，參考面212平行於方向X及Y安置，從而分別形成在所繪示之配置狀況下為橫向的垂直方向(軸線)及水平方向(軸線)。

第二結構220包括相對於參考面212傾斜的面222：此傾斜面222本質上為平面，此傾斜面的平均平面相對於參考面212以銳角α形成，該銳角α介於10度與80度(包括端點)之間，例如20度與30度(包括端點)之間，且較佳地為約25度(參見圖12)。

在一個實施例中，此傾斜面222之表面並非為平滑的，而是以凸紋形式特徵化形成表面不規則部的元件224，該等表面不規則部是隨機的或係根據預定幾何形狀，例如從而在該等不規則部之間形成柵格或線陣列，因此構成結構化柵格(並未予以表示)或線的結構化陣列(參見圖13)。又，在一個實施例中，第二結構220之傾斜面222的表面為有條紋的，且特別而言第二結構220之傾斜面222的表面藉由以下元件中之一者覆蓋：經蝕刻陣列、結構化柵格或鏡麵線225的陣列。

此種類之呈凸紋形式的元件224可為突起或中空的，亦即，相對於傾斜面222之平均平面凹入(set back)，特別是以小粗糙度或任何其他表面不規則部的形式。此種類之呈條紋形式的元件224可在傾斜面222之所有表面上存在。此種類之呈凸紋形式之元件224可在傾斜面222之所有表面上規則地分散。舉例而言，此等呈凸紋形式之元件224可形成定界柵格或陣列圖案或更一般而言結構化表面或粗糙表面的集合，該集合啟用在此傾斜面222處反射之光的良好漫射。第二結構222之傾斜面222的表面例如藉由以下元件中之一者覆蓋：蝕刻陣列或結構化柵格，其中柵格或陣列之圖案之間的間距介於5與100微米(包括端點)之間，特別而言介於5微米與50微米(包括端點)之間，且特別而言介於8微米與15微米(包括端點)之間，例如為約10微米。

舉例而言，此傾斜面222具有未經拋光之矽或陶瓷，未經拋光之金屬或玻璃或可經結構化之任何其他材料，且呈凸紋形式之元件224已藉由光微影，藉由移除碎屑、直接描畫等或任何其他結構化製程來進行加工而獲得。此等呈凸紋形式之元件224形成例如自平均平面分別凹入/突出的凹入及/或突出達幾微米或數十微米，特別是介於0.5微米與50微米之間。

在另一實施例中，如圖14中所繪示，此傾斜面222之表面為平滑的，且包括鉻或某其他材料的線之陣列，從而引起自構成鏡面元件225之此等鉻線的鏡面反射。呈線形式的此等鏡面元件225平行於彼此安置。在量測位置中，呈線或條帶之形式的此等鏡面元件225平行於平面Y、Z安置，使得此等線在方向Z上沿著傾斜表面一個接一個地遭遇(此情形亦為在方向X上前進時的狀況)。形成第二結構220之小型板的基板可接著由包括玻璃或矽之不同材料製成，其中在傾斜面222上具有與鏡面元件225交替或覆蓋傾斜面之所有表面的漫射反射層，例如硫酸鋇BaSO₄ 層，其中鏡面元件225安置於此漫射反射層頂部上。此種類之鏡面元件225可在傾斜面222之所有表面上規則地分散。在一個實施中，呈線形式的此等鏡面元件225形成具有25微米之間距的陣列，線(詳言之鉻)具有12.5微米之寬度，該寬度等於線之間的間隙之寬度或者漫射反射部分亦採用12.5微米寬之線或條帶的形式。根據另一實施例，使用10微米或以上之間距，更一般而言介於5與50微米之間的間距。必須注意到，與表面之產生漫射反射之剩餘部分交替的此等鏡面元件225可採用不同於形成條帶之連續線或片段的形式，特別是不連續線或虛線，諸如線帶、圓、三角形或任何其他幾何形狀的圖案。

根據尚未繪示之實施例，第二結構220之傾斜面222攜載呈小丘或尖釘形式的凸紋形式之局部化及突出元件224，該等小丘或尖釘平行於彼此地按列分散，呈凸紋形式之元件224在列之間彼此偏移以形成梅花形圖案。根據尚未繪示之另一實施例，第二結構220之傾斜面222在彼此以90°交叉的兩個系列中以相等距離承載呈彼此平行之片段之形式的呈凸紋形式之突出元件224。此組呈凸紋形式之元件224構成柵格圖案。請注意，此柵格可由平行於彼此之兩個系列區段與彼此以除90°外之角度交叉的數個系列區段形成。在圖10至圖13中，第二結構220之傾斜面222承載凸紋凹入元件224，該等凹入元件是呈平行於彼此且係在方向X上距彼此處於相等距離的一系列片段的形式：在此狀況下，凸紋形式的此等元件224形成溝槽。此方向X因此正交於形成凸紋形式元件224之片段的方向。

在來自圖14之實施例中，第二結構220之傾斜面222的表面因此藉由鏡麵線225之陣列，即平行於彼此的連續條帶覆蓋，該等條帶之表面具有鏡面反射性質。

因此，在前述狀況中的一些下，且特別而言在來自圖13及圖14之彼等狀況下，第二結構220之傾斜面222的表面為有條紋的。

根據針對目標200表示之實施例，定界目標200之尖端在其主動面202上包括第一結構210，該第一結構佔用主動面202之表面的大部分，且在第一結構210中佔用針對第二結構220預留的區域。在此情形下，第一結構210包圍第二結構220。為了係更精準的，第一結構210之第二部分216的局部化區域217界定包圍第二結構220的正方形。在一個可能佈置中且在如所繪示之目標200的實施例之狀況下，第一結構210及第二結構220在主動面202上彼此同心地安置。此外，如在所表示之情形中，第一結構210定界外殼219之開口218，從而容納該第二結構220，該第二結構例如安置於包括傾斜面222的小型板中。當小型板容納於第一結構210之外殼219中時，其傾斜面222面向外殼219之外部的朝向開口218的方向。在此個例中，第二結構220安置於該外殼219中，其中傾斜面222相對於該第一結構210之參考面凹入：此情形意謂傾斜表面22且因此第二結構220在外殼219中安置於藉由參考面212 (相對於主方向Z，參見圖11)定界的平面後方、後部達0.05毫米至2毫米或約0.15毫米。根據並未表示之另一可能性，第二結構220安置於藉由參考面212定界之平面前方、前部。根據並未表示之又一可能性，第二結構220安置於藉由參考面212定界之平面的任一側上，亦即，傾斜面222之一部分安置於後部，且傾斜面222之另一部分相對於參考面212安置於前部。

為了保護第一結構210及第二結構220免受環境(灰塵、油、衝擊……)影響，如在圖12中可看出，目標200包括由透明材料，特別是由玻璃製成的保護板230，從而在主動面202之側上覆蓋第一結構210及第二結構220。根據在圖12中表示之一個可能實施例，目標200包括呈堆疊之形式的如下元件。底壁231藉由板232形成拱頂，該板由在其中心處開放之板形成，以便定界外殼219，該外殼藉由主動面202之側上的開口218定界。板232藉由封閉外殼219之保護板230形成拱頂。每一事項藉由保持目標200之全部的圓柱壁234包圍。包括第二結構220之保護板230為例如容納於外殼219中的矽板，其中傾斜面222 (承載凸紋形式元件224或鏡面元件225)面向主動面202。板232之面向主動面202的面在如上文所描述之兩個區域中且分別與第一部分214 (漫射反射表面)及第二部分216 (鏡面反射表面，特別而言呈局部化元件217的形式)相關地包括反射層233。

此外，目標200可裝備有射頻識別(radio-frequency identification；RFID)類型微型晶片，該RFID類型微型晶片並未予以表示以便啟用唯一識別符及資料關於目標200且可能又關於工具固持器310 (參見圖1及圖5)之儲存及讀取，目標200意欲安裝於該工具固持器上。此資料可包括例如且特別而言對該工具固持器310之參考及鏈接至工具固持器310之使用的其他資訊(例如，其序號、其類型、其相對於材料中心或零件支撐件320之調整、其尚未使用的次數……)。在圖5、圖9及圖16中，目標200 (且在適用之處，RFID微型晶片)安裝於工具固持器310的形成夾鉗之部分處。

現參看圖8以描述與目標200相關聯的光學系統100，該目標已僅描述以一起形成光學裝置10，從而啟用兩個物件之間在空間中於三個方向上的相對位置之量測，且因此零件支撐件320與工具固持器310之間的相對位置或待加工零件322與工具312之間的相對位置的量測。特別而言，考慮笛卡爾座標系X、Y及Z中的正交(可能非標準正交)空間，該座標系為諸圖中的直接座標系)。此光學系統100意欲在目標200之第一結構210的影像且同時目標200之第二結構220之影像兩者的同一成像序列期間被同時產生。根據本文，兩個影像之此同時俘獲在不聚焦情況下實現，其情形使得能夠極其快速地執行此成像。鏈接至特別而言已僅描述之目標200之特定結構的其他特性此外啟用最大精度。申請人公司已生產了符合本發明描述內容的三維量測光學裝置10，該三維量測光學裝置能夠產生以一微米或以下之精度在半秒或以下的時間產生可重複的相對量測。

光學系統100包含第一影像俘獲系統110及第二影像俘獲系統120。根據一個可能配置，該光學系統100經配置，使得第二影像俘獲系統120之焦距與第一影像俘獲系統110之焦距之間的差介於分離該參考面212與傾斜面202之間的最小距離與最大距離(包括端點)之間。根據另一可能配置，第一影像俘獲系統110之場深DFO1相較於該第二影像俘獲系統120的場深DFO2大得多且特別而言大出至少十倍。舉例而言，第一影像俘獲系統110之場深DFO1相較於該第二影像俘獲系統120的場深DFO2大出10與10000倍或100與5000倍之間。在各種可能性當中，第一影像俘獲系統110之場深DFO1大於或等於0.8毫米，或介於0.5與5毫米(包括端點)之間，或介於0.8與3毫米(包括端點)之間或介於1與2毫米(包括端點)之間。又，根據各種可能性，第二影像俘獲系統120之場深DFO2小於或等於0.1毫米，或介於5與50微米(包括端點)之間，或介於8微米與30微米(包括端點)之間，或介於10與20微米(包括端點)之間。

根據一個實施例，第一影像俘獲系統110經組配，使得其影像焦點平面F1能夠對應於第一結構210之參考面212，且第二影像俘獲系統120經組配，使得其影像焦點平面F2能夠與三維目標200之傾斜面222相交。

當藉由光學系統100檢視之物件為目標200時，第一影像俘獲系統110本質上不具有其他調整能力而不能在目標200與第一影像俘獲系統110之間的距離範圍上聚焦於第一結構210的所有參考面212上，該距離能夠在幾毫米內發生變化。平行於第二影像俘獲系統，第二影像俘獲系統120本質上不具有其他調整能力而不能聚焦於第二結構210之傾斜面222的部分上，該部分係在距第二影像俘獲系統120的對應於第二影像俘獲系統120之焦距的距離處。根據一個可能性，第一影像俘獲系統210之放大率小於第二影像俘獲系統220的放大率。

在一個可能組態中，光學系統100經配置，使得第一影像俘獲系統110之光徑及第二影像俘獲系統120的光徑具有一共同片段，該共同片段置放於光學系統100之光軸O上且包括第一影像俘獲系統110之影像焦平面F1以及第二影像俘獲系統120的影像焦平面F2。在此狀況下，光學系統100較佳地經配置，使得自目標起之光徑在到達第一及第二影像俘獲系統120中之一者之前通過第一及第二影像俘獲系統120中之另一者的至少一部分。

根據一個可能配置，第一影像俘獲系統110之第一影像獲取系統112及第二影像俘獲系統120的第二影像獲取系統122經同步，以便經由第一影像俘獲系統110獲取第一影像，且經由第二影像俘獲系統120俘獲第二影像。在此狀況下，清楚的是，目標及光學系統100為一量測光學裝置10的部分，該量測光學裝置經組配以經由由光學系統100進行之目標200之成像之一單一步驟啟用以判定待加工之零件之支撐件320與工具固持器310之間的三維相對位置。在此狀況下，藉由光學系統100使安裝於工具固持器310上之工具的末端部分313成像的此單一步驟啟用安裝於工具固持器310上之工具312之末端部分312之輪廓的判定且特別是安裝於工具固持器310上之工具312之末端部分312之三維輪廓的判定。

如上文已描述，為了藉由第一影像俘獲系統210且藉由第二影像俘獲系統220啟用對目標200之視圖的同時存取，第一影像俘獲系統及第二影像俘獲系統具有共同光徑部分，在將目標200安裝於工具固持器310上且將光學系統100安裝於零件支撐件320上之後，該共同光徑部分朝向光學系統100且來自藉由光學系統100檢視的物件，在此個例中目標200 (參見圖6及圖8)。為此目的，在量測操作位置中，第一影像俘獲系統210面向目標200之主動面202的方向，且形成與目標200對準的影像俘獲系統，且第二影像俘獲系統120具有光徑126，該光徑接合與目標200對準之影像俘獲系統110的光徑116且形成一影像俘獲系統，該影像俘獲系統相對於目標200、相對於光學系統100之光軸O且相對於光徑116及126之共同部分為偏心的(共同部分與目標對準)。換言之，與目標200對準之影像俘獲系統的光徑實質上垂直於參考面212。

特別而言，如圖6及圖8中所繪示，第一影像俘獲系統210面向目標200之主動面202的方向，即第一影像俘獲系統210相對於目標200之主動面202以垂直方式定向。此情形意謂，光軸O及光徑116及126的共同部分與目標200對準，且垂直於目標200的主動面202 (且因此參考面212)。在此組態中，如在圖6及圖8中所看出，光軸O以及光徑116及126的共同部分平行於主方向Z且正交於橫向方向X及Y且正交於平面X、Y。

在一個實施例中，第二影像俘獲系統120之焦距大於第一影像俘獲系統110的焦距。舉例而言，第二影像俘獲系統120之焦距與第一影像俘獲系統110之焦距之間的差介於0.5與5毫米(包括端點)之間。

在一個實施例中，第一影像俘獲系統110之放大率小於或等於第二影像俘獲系統120的放大率。舉例而言，第一影像俘獲系統110之放大率為第二影像俘獲系統120之放大率的0.2與1倍(包括端點)之間。舉例而言，第一影像俘獲系統110之放大率為第二影像俘獲系統120之放大率的0.3與0.8倍(包括端點)之間，或0.4與0.6倍(包括端點)之間，且較佳為約0.5倍。

在來自圖6及圖8之實施例中，光學系統100更包括關於圖1至圖4在上文提及之光源140，該光源定向於工具固持器310之方向上且經調適以定向於三維目標200之方向上，此光源140經安置以便能夠提供三維目標200的側向照射。為此目的，此光源140相對於光學系統100之光徑116+126以偏心且傾斜方式配置。特別而言，來自光源140之光線與目標之參考面212形成一角度，使得光線在目標之反射表面處且特別地局部化區217中的鏡面反射產生並不刺穿至光學系統100中的反射光線。類似地，當傾斜面222包括鏡面元件225時，來自光源140之光線在此等鏡面元件225處的反射並不刺穿至光學系統100中。

根據一個實施例，所使用之第一影像俘獲系統210及所使用之第二影像俘獲系統220為遠心的。遠心度為光學系統的其中通過系統之所有主光線(由光線組成之每一光束的中心光線)實質上準直且平行於光軸的特性。在遠心光學件之狀況下，場深概念藉由工作距離的概念替換。根據另一實施例，所使用之第一影像俘獲系統210及所使用之第二影像俘獲系統220並非為遠心的或皆非遠心的。在第一影像俘獲系統及第二影像俘獲系統皆為遠心的情形下，第一影像俘獲系統及第二影像俘獲系統亦可用以量測安置於工具固持器310上之工具的幾何形狀特性，如上文已描述或稍後在本文中描述。

在一個實施例中，加工模組300包括安裝於工具固持器310上(參見圖1)之上文描述的目標200。此目標200包括主動面202，在工具固持器圍繞其軸線X處於預定角度位置(在如藉由圖1中之箭頭R所指示的旋轉之後)且沿著其軸線X處於預定軸向位置(參看圖6、圖7及圖8)時，該主動面形成能夠置放於光學系統100之光軸O上的定位參考，從而形成工具固持器310相對於零件支撐件320的參考位置。在此參考位置中，目標200經安置，使得光學系統100之影像焦平面能夠與目標之主動面202重合。特別而言但並非以限制性方式，在此參考位置中，目標200經安置，使得光學系統100之第一影像俘獲系統110的影像焦平面F1可與目標之主動面202重合(參見圖12)，且使得第二影像俘獲系統之影像焦平面F2能夠與目標200之傾斜面222相交(第二影像俘獲系統120之焦距能夠將第二影像俘獲系統120的焦距F2置放於目標200的第二結構220上)。

現參看圖1及圖6來在機械工具之狀況下描述目標200與光學系統100之間的三維光學量測方法，其中加工模組300包括光學裝置10。將參考方向X、Y及Z視為機械工具，特別是機械工具之座標系的彼等參考方向，機械工具之座標系產生垂直方向X(或第一橫向軸線)、主水平方向Z(或主軸線)及側向水平軸線Y (或第二橫向軸線)。目標200置放於工具固持器310上(參見圖5)：工具固持器310在圍繞該軸線X轉動的可能性情況下在對應於軸線X的水平主方向上延伸。為此目的，工具固持器310之零件，例如夾鉗在其通常專用於安裝工具從而使夾鉗鉗制/解開鉗制的周邊件上承載可能與如上文所描述之RFID微晶片相關聯的外殼，在該夾鉗中可置放目標200。此外，光學系統100安裝於零件支撐件320上(參見圖1)，從而收納待加工的零件322。零件支撐件320在圍繞軸線Z轉動的可能性情況下在其對應於軸線Z的水平主方向上延伸。隨後，零件支撐件320及工具固持器310在加工步驟之前置放於緊密靠在一起的位置，從而將工具312及零件322在相對量測位置中靠近於彼此地進行加工。將目標200定位於工具固持器310上且將光學系統100定位於零件支撐件320上在此相對量測位置中啟用目標200的置放，從而使得參考面202為更精準的、與光學系統100之光軸O對準(請注意，此光軸O平行於方向Z)。目標200的參考面202因此面向光學系統100之入射面102的方向。

如在表示於圖1中之情形下，光學裝置10更包括第三影像俘獲系統130，該第三影像俘獲系統安置於工具固持器310上且經組配以識別目標200之主動面202的定向及/或工具固持器310之旋轉零件特別是圍繞軸線X的角度定向。對目標200進行定位的額外準備步驟在運用該光學系統100同時進行影像俘獲的步驟之前實現，其中： - 工具固持器310及零件支撐件320經置放，使得三維目標200之主動面202是在光學系統100的光徑O上。特別而言，第三影像俘獲系統130可用以識別目標200相對於工具固持器310之旋轉零件的角度定向，且因此相對於軸線X的角度定向，其在必要時使得有可能修改工具固持器310之旋轉零件的角度定向(參見圖6中之箭頭R)，且因此置放目標200，使得其主動面202面向光學系統100的方向。獲得相對量測位置，在該位置中，在目標200如上文在圖6及圖8描述定向於光學系統100之方向上時：在此狀況下，方向Z在目標200與光學系統100之間延伸。

在一個實施例中，光學裝置10更包括第三影像俘獲系統130，該第三影像俘獲系統安置於工具固持器310上且經組配以識別工具固持器310圍繞軸線X的角度定向。在目標200存在情況下，此第三影像俘獲系統130亦或僅啟用目標200之主動面202圍繞工具固持器310之軸線X之定向的識別。

在第一次使用分別安裝於零件支撐件320上且工具固持器上之光學裝置10，即光學系統100及關聯目標200之後，額外準備步驟便必須關於目標200相對於攜載目標200之工具固持器310之位置的在三個方向X、Y及Z上的空間參考來實行。必須注意到，明顯地知曉光學系統100，即第一影像俘獲系統110及第二影像俘獲系統之包括其焦距的參數。在此階段，可指出，若加工模組300之工作空間經限定且維持於恆定溫度，則此熱穩定性產生光學裝置10之尺寸穩定性且因此其參數的穩定性。

必須記住，最終，目標200與光學系統100之間的三維相對位置之量測在機械工具的狀況下使用以判定工具固持器310與零件支撐件320之間的X、Y及Z上的三維相對位置。

在本文中，三個方向X、Y及Z為例如機械工具之加工模組300的軸線。因此，Z可界定為主軸線，即分離第一物件(工具固持器310)與第二物件(零件支撐件320)的主水平方向。X可界定為垂直方向或更一般而言第一橫向軸線，且Y可界定為側向水平方向或更一般而言第二橫向軸線。在一個實施例中，工具固持器310圍繞平行於此方向X的軸線轉動。

在目標200之位置之三個方向X、Y及Z中的此空間參考步驟(光學裝置10之校準)期間，例如在來自圖6及圖9之配置情況下，啟動藉由光學系統100進行之影像俘獲，該光學系統一方面產生運用所有參考面212藉由第一影像俘獲系統110之第一影像或地區系統112產生目標200之主動面202之全部的第一準確聚焦影像，且另一方面藉由第二影像俘獲系統120之第二影像俘獲系統122運用呈水平條帶之形式之僅一個準確聚焦區產生目標200之傾斜面222之第二影像。此第一影像包括此處定界正方形(參見圖10)之局部化區域217的影像，使得處理第一影像產生正方形之對角線C1及C2，且啟用正方形之中心C3的識別。因此，由於旋轉軸線O在第一影像上之位置已知曉，因此中心C3關於正方形之位置的判定使得能夠判定目標200相對於光軸O在X及Y上的位置，而且一方面能夠判定相對於工具固持器310上之標記314在X方向上的位置，且另一方面相對於工具固持器310上之標記316在方向Y上的位置。實際上，如在圖6及圖9中看出，藉助於X參考使用工具固持器310的面，該面正交於軸線X，該軸線X例如由沿著工具固持器310之截面的再入射肩部產生、作為第一影像中之線可見；且形成方向X上的該標記314 (參見圖9)。此外，如圖6及圖9中看出，目標200附近工具固持器310之尺寸用作Y參考，該Y參考正交於軸線X且在所表示之情形下為工具固持器310在目標200附近的寬度(平行於方向Y)，例如在工具固持器310之此部分為具有圓形截面之圓柱體時的直徑；此尺寸形成Y方向上的該標記316 (參見圖9)。

平行於此第二影像，第二影像之在圖15A中可見之實例予以處理。藉由分析此第二影像之局部對比度(參見圖15B，表示依據X上之位置的對比度曲線)，判定第二影像之準確聚焦區的在垂直方向X上的位置X0。此分析使用用於判定影像之最準確聚焦像素的演算法。由於傾斜面222之傾斜已知曉，因此存在對於目標200特定的此傾斜面222之在X與Z之間的可用的對應性曲線。歸功於此對應性曲線，已知位置X0 (參見圖15A及圖15B)啟用傾斜面222在光軸O上之位置Z0的演繹，且因此目標200相對於光學系統100之Z上的位置之演繹。此外，光學系統100相對於零件支撐件320的在Z上的相對位置自安置於零件支撐件320上之軸線Z上且支撐光學系統100的量測比例尺(並未表示)知曉。類似地，目標200相對於工具固持器310之標記314的在Z上之位置為已知的。

藉由實現此操作多次且每當修改零件支撐件320相對於工具固持器310之Z上的距離(例如，藉由前後移動零件支撐件310)時，因此有可能的是重新構成目標200之傾斜面222的三維影像且獲得形成目標200相對於工具固持器310之傾斜面222之三維座標之地圖的參考基礎。最後，係目標200 (參考面212及傾斜面222)的所有主動面202相對於工具固持器310在三個方向X、Y及Z上經空間參考。

隨後，在使用裝備有此目標200及此光學系統100之加工模組300的操作期間，每當必要時可實現恰當量測，該目標及該光學系統並同時拆下以便保持上述空間參考之量測的精度。為此目的，使用來自圖6之配置。在必要時，零件支撐件320圍繞其平行於軸線X的旋轉軸線旋轉(參見圖1中之箭頭R)，以使目標200與光學系統100對準。接著啟動藉由光學系統100進行之影像俘獲，此情形一方面引起運用所有參考面212藉由第一影像俘獲系統110之第一影像獲取系統112產生目標200之主動面202之全部的第一準確聚焦影像，且另一方面藉由第二影像俘獲系統120之第二影像俘獲系統122運用呈水平條帶之形式之僅一個準確聚焦區產生目標200之所有傾斜面222之第二影像，該水平條帶對應於第二影像俘獲系統120的焦距。如上文所描述，此第一影像之分析啟用藉由局部化元件217形成之正方形之中心C3的識別，且因此啟用目標200相對於光軸O且又相對於工具固持器310之在X上且在Y上之位置的識別。第二影像且特別而言第二影像之準確聚焦區(如圖6中般)在方向X上之位置的分析啟用位置在Z上的判定且因此目標200相對於光學系統100的判定。實際上，對於第二影像，由於知曉傾斜面222相對於工具固持器310上之參考314及316的影像之每一像素之在Z上的位置，因此有可能極其快速地量測目標200的位置Z且因此量測工具固持器310的位置。

自前述描述內容清楚的是，以此方式，排外地藉由由光學系統100產生之兩個影像的分析且在不損失光學系統100之調整或聚焦情況下極其快速地量測目標200相對於光學系統100之X、Y及Z上的位置且因此工具固持器310相對於零件支撐件320的X、Y及Z上的位置成為必需。以上情形為有可能的，此係因為光學系統100相對於支撐其之零件支撐件320的X、Y及Z上的位置為已知的。材料中心(零件支撐件320)相對於工具固持器310之此參考可例如藉由在工具固持器310上安裝觸角來實現，該觸角於在方向X上進行參考的第一步驟中一方面與光學系統100上之觸角的尖端接觸且另一方面與材料支撐件320接觸，此舉提供光學系統100與光學系統100之間的方向X上的距離。藉由在將工具固持器310之軸線Z平行於零件支撐件之軸線Z置放之後再次實現此等觸角接觸步驟，有可能獲得光學系統100與光學系統100之間的方向Z上的距離。 在加工模組之各種零件之熱漂移，例如膨脹情況下，此量測程序啟用待規避之熱膨脹的效應。

此程序可用於藉由如下文所描述之光學系統100進行的安裝於工具固持器310上之工具312之末端部分313的位置或輪廓之判定。程序係根據與目標200相對於光學系統100之在三個方向X、Y及Z上之位置之空間參考相關的前述解釋，其中差異為不再在光學系統之光軸O上置放目標200而是替代地置放工具312的末端部分313 (參見圖4及圖16)。在此狀況下，清楚的是在啟動偵測單元304之後，第一影像俘獲系統110及第二影像俘獲系統120皆予以使用(特別是以同時方式)，且因此產生工具312之末端部分313之一(或多個)影像的第一影像獲取系統112及第二影像獲取系統112予以使用。實際上，在此量測位置中，末端部分313經安置，使得光學系統100之第一影像俘獲系統110的影像焦平面F1可與末端部分313之表面的一部分重合，且使得第二影像俘獲系統之影像焦平面F2與末端部分313之表面的一部分可相交：第二影像俘獲系統120之焦距因此能夠將第二影像俘獲系統120的影像焦點F2置放於末端部分313之表面的一部分上。

因此清楚的是，藉由第二影像俘獲系統120俘獲之影像經由關於工具312之末端部分313相對於光學系統100 (且因此零件支撐件320)之位置的沿著軸線Z之距離的將獲得之準確聚焦區精度資訊啟用，且藉由第一影像俘獲系統110俘獲之影像為工具212之末端部分313之所有可見面的影像，其中該影像之所有或大部分經準確聚焦。末端部分313之藉由第一影像俘獲系統110俘獲的此影像使得工具212之該末端部分313的地圖被提供，該地圖包括沿著軸線Z在投影中可見的工具212之此末端部分313之邊緣之線的視圖且因此形成該末端部分313之輪廓或輪廓之一部分。

根據與偵測工具312之輪廓之該方法相關的第三可能性，如上文所描述，在啟動偵測單元304之後，因此(至少且在僅一些狀況下)使用第一影像俘獲系統110且因此是第一影像獲取系統112產生工具312之末端部分313的一(或多個)影像。該影像之分析啟用工具的如藉由第一影像俘獲系統110可見之邊緣的偵測。此係在正交於方向Z之平面(X, Y)中的投影中可見的工具312之末端部分312的邊緣，亦即外廓，該平面本身平行於光學系統的光軸O。因此，如自藉由第一影像俘獲系統110俘獲之影像判定的工具312之此邊緣的形狀(在此個例中，線)提供關於在俘獲影像時安裝於工具固持器31上之工具312之末端部分313之幾何形狀的資訊。此影像亦使得能夠識別如藉由第一影像俘獲系統110可見的切削刃(在投影中)。此識別係依據特別而言相對於邊緣之位置及幾何形狀(對應於切削刃之線的影像之形狀)兩者。

清楚的是，使工具之末端部分313成像之此等操作在圍繞工具固持器310之軸線X旋轉，特別是旋轉幾度或者10至20°之後反覆若干次，以由光學系統100俘獲如自不同角度可見的末端部分313的不同影像。所有此等影像啟用工具312之末端部分313之形狀(輪廓)的三維重建構。

在本發明之一個實施例中，亦提議一種偵測機械工具中工具312之磨耗的方法，其中使用如上文描述之偵測工具之輪廓的方法(根據上述可能實施例中的一個或其他實施例)，該方法產生表示第一狀態下工具之末端部分313之輪廓的資訊(包括至少一個影像)，且該方法更包括以下步驟： vi) 使用該工具312實行加工步驟，藉由該操作獲得工具312，其中該工具之末端部分313具有經修改輪廓(第二狀態或新輪廓)，及 vii) 在該量測操作位置中(例如，根據圖4之組態)相對於零件支撐件310定位工具固持器310， viii) 啟動偵測單元304，及 ix) 經由光學系統100判定安裝於工具固持器310中之工具312的該末端部分313之經修改輪廓(例如，以驗證切削輪廓之位置及/或定向，或者例如驗證切削工具的本質且因此,此係將來加工操作需要的切削工具之類別)，及 x) 自工具之該末端部分313的輪廓及經修改輪廓建立工具之磨耗狀態。

在此狀況下，比較鏈接至處於第一狀態且處於第二狀態之工具之末端部分313之影像的資訊因此使得有可能判定、追蹤並量化工具的磨耗，包括磨耗程度、磨耗類型、磨耗率……在且當利用工具，特別而言來自一系列相同工具的第一工具並行地俘獲影像時，此程序例如啟用磨耗曲線的構建。對於來自該等系列之相同工具之每一新工具，磨耗曲線可再次自鏈接至所俘獲影像或者已經建立以調適以形成針對該類型之工具之磨耗圖形的磨耗曲線來產生。以此方式，在使用來自該等系列之相同工具的第n個工具之後，影像可較不頻繁地且在任何情況下藉由與先前獲得之磨耗曲線或磨耗圖形進行比較來俘獲，以瞭解趨勢且因此預見該工具之將來磨耗，此情形使得有可能一方面因此針對使用該工具生產之新零件或者對當前零件尚未實現之新加工遍次修改機械工具之調整，或者一方面預見/決定針對下一零件是否改變工具。

此情形亦用以藉由以下操作來量化工具的良好(不良)狀態：驗證並確認(或撤銷確認)在加工步驟實行之後，具有經修改輪廓之工具是否具有仍對應於藉由規範要求之幾何形狀的新幾何形狀。

此外，用於偵測工具312之磨耗的此種方法之使用亦且特別而言在量測操作位置中啟用具有相對於工具固持器之軸線X且因此相對於零件支撐件312之經修改輪廓的工具312之角度定向的判定，且又在量測操作位置中啟用具有修改輪廓之工具312相對於零件支撐件310是否處於所要求定向的驗證。偵測工具312之磨耗的此種類之方法的使用使得有可能建立輪廓且驗證，安裝於工具固持器上之工具312對應於預期工具(偵測到之輪廓對應於預期且預定輪廓)且因此使得有可能防止處於不適當狀態的工具安裝於工具固持器310上。

在一個實施例中，提議一種裝備有如所描述之加工模組的機械工具，該機械工具特別而言亦包括用於追蹤工具之磨耗的單元306 (圖1)，該單元能夠在藉由該單元304供應之資訊基礎上計算工具之輪廓的導出，從而偵測工具312的輪廓。特別而言，在此機械工具中，用於追蹤工具之磨耗的該單元306在工具312之末端部分313之輪廓的該偏離超出預定偏離情況下使得藉由該偵測單元304偵測到之安裝於工具固持器310上的工具312之該末端部分313的經修改輪廓(新輪廓)能夠用以重新計算加工參數。彼等加工參數包括特別而言用於移除工具固持器310的資訊，該資訊被傳輸至工具固持器的該控制單元302。特別而言，若輪廓之此偏離超出臨限偏離值，則被傳輸至工具固持器之該控制單元302的鏈接至工具之新輪廓的資訊用以重新計算包括經修改資訊的加工參數，從而移動工具固持器310。工具固持器之該控制單元302因此接收此經修改資訊，該經修改資訊使得其依據藉由偵測單元304進行的工具之輪廓的量測來調適加工步驟。

前述描述內容及解釋已針對加工模組300之實施例給出，其中工具固持器310沿著係水平的軸線X延伸，其中加工模組300之軸線Y為垂直的，其中工具312圍繞平行於軸線X的軸線旋轉，且工具固持器310沿著軸線X為可行動的。根據圖17中可見之另一實施例，根據本發明使用加工模組300，其中工具固持器310沿著係垂直的軸線X延伸，其中加工模組300之軸線Y為水平的，又工具312圍繞平行於軸線X的軸線旋轉，且工具固持器310沿著軸線X為行動的。根據在圖18及圖19中可見之另一實施例，根據本發明使用具有工具固持器310’的加工模組300，該工具固持器攜載並行於彼此且在(垂直)方向Y上對準的一系列工具312、312’、312’’、312’’’。該系列工具中之每一工具312、312’、312’’、312’’’沿著係水平的軸線X延伸，每一工具312、312’、312’’、312’’’經由攜載工具312、312’、312’’、312’’’中之一者的工具固持器310’ (例如，心軸)的旋轉零件圍繞平行於軸線X的軸線旋轉(箭頭A)；工具固持器310’為沿著軸線X且沿著軸線Y以平移方式行動的，且較佳地亦圍繞垂直軸線Y以旋轉方式(箭頭B)可行動。此實施例使得加工能夠藉由自工具312、312’、312’’、312’’’中之一者行進至另一者來繼續。在此狀況下，工具固持器310’亦裝備有可能與如上文所描述之RFID微型晶片相關聯的(至少一個)目標200。表示於圖18中之此狀況下，兩個目標200安置於工具固持器310’之後部零件上，該後部零件並不圍繞平行於軸線X的軸線旋轉。儘管此情形並未予以繪示，但目標200可在工具固持器310 (例如，心軸)之旋轉零件層級針對每一工具固持器312、312’、312’’、312’’’提供，該旋轉零件攜載工具312、312’、312’’、312’’’中的一者。

X:垂直方向(第一橫向軸線) Y:橫向水平方向(第二橫向方向) Z:主水平方向(主軸線) C1,C2:對角線 C3:中心 α:傾斜面之角度 R:工具固持器及目標之旋轉的箭頭 10:光學裝置 100:光學系統/成像光學系統 O:光軸 102:光學系統之入射面 104:角度前部光源 106:後部光源 110:第一影像俘獲系統 DOF1:第一影像俘獲系統之場深 F1:第一影像俘獲系統之影像焦平面 112:第一影像獲取系統 116:第一影像俘獲系統之光徑 120:第二影像俘獲系統 F2:第二影像俘獲系統的影像焦平面 DOF2:第二影像俘獲系統之場深 122:第二影像獲取系統 126:第二影像俘獲系統的光徑 128:反射折射光學系統的光學模組 129:鏡面 130:第三影像俘獲系統 140:光源(側向照射) 200:三維目標 202:主動面 210:第一結構 212:參考面 214:第一部分(漫射反射表面) 216:第二部分(鏡面發射表面) 217:局部化區 218:開口 219:外殼 220:第二結構 222:傾斜面 224:呈凸紋形式之元件 225:鏡面元件 230:透明保護板 231:底壁 232:板 233:反射層 234:圓柱壁 300:加工模組 302:工具固持器之控制單元 304:用於偵測工具之輪廓的單元 306:用於追蹤工具之磨耗的單元 308:零件支撐件的控制單元 310:工具固持器 310’:多心軸工具固持器 312,312’,312’’,312’’’:工具 313:工具之末端部分 313A:磨耗區 314:工具固持器上之X標記 316:工具固持器上之Y標記 320:零件支撐件或材料心軸/材料支撐件 322:待加工之零件(材料)

本發明之實施例在藉由隨附圖式圖示之描述內容中指示，其中： - 圖1以透視圖形式繪示根據本發明之一個實施例的加工模組， - 圖2以透視圖且較大比例尺繪示來自圖1之部分II，從而繪示安裝於工具固持器上的不同工具， - 圖3以透視圖且以較大比例尺繪示在圖2之部分III中可見的工具之末端部分，該部分用以以磨耗之後的受損害組態來加工零件， - 圖4繪示使用加工模組之光學系統來判定工具在工具固持器中之位置及/或輪廓， - 圖5為裝備有三維目標之工具固持器的分解透視圖， - 圖6繪示使用加工模組之光學裝置來判定工具固持器與零件支撐件(亦稱作材料心軸)之間的相對位置之空間的量測， - 圖7為對應於圖6之另一透視圖， - 圖8繪示歸功於三維目標之三維識別之步驟中工具固持器與零件支撐件之間的光學裝置， - 圖9繪示對應於具有如圖6之方向IX，亦即方向Z中可見的三維目標之工具固持器的圖6之零件，此是由於當目標在光學系統之方向中定向時可見光學系統， - 圖10、圖11及圖12為分別以正視圖、透視圖及截面圖形式繪示三維目標之結構的三個視圖，且圖13及圖14為如分別在圖10、圖11及圖12中且根據變型實施例的目標之第二結構的透視圖， - 圖15A及圖15B繪示藉由光學系統之第二影像俘獲系統產生之影像的處理， - 圖16為對應於圖4且繪示使用加工模組之光學裝置來判定工具之末端部分之輪廓的另一透視圖， - 圖17為根據本發明之另一實施例的加工模組之零件的透視圖， - 圖18為攜載一系列垂直對準之工具的變化工具固持器的透視圖，每一工具沿著水平軸線定向，工具經安裝以圍繞該水平軸線旋轉，且 - 圖19為根據本發明之另一實施例的加工模組之透視圖。

O:光軸

R:工具固持器及目標之旋轉的箭頭

X:垂直方向(第一橫向軸線)

Y:橫向水平方向(第二橫向方向)

Z:主水平方向(主軸線)

100:光學系統/成像光學系統

102:光學系統之入射面

104:角度前部光源

106:後部光源

130:第三影像俘獲系統

140:光源(側向照射)

200:三維目標

300:加工模組

302:工具固持器之控制單元

304:用於偵測工具之輪廓的單元

306:用於追蹤工具之磨耗的單元

308:零件支撐件的控制單元

310:工具固持器

312:工具

320:零件支撐件或材料心軸/材料支撐件

322:待加工之零件(材料)

Claims (19)

1. 一種用於一機械工具之材料移除加工模組，其包含： 一零件支撐件，該零件支撐件用於收納待加工之一零件； 該零件支撐件之一控制單元，該控制單元經調適以控制並修改該零件支撐件在該加工模組中的位置， 一工具固持器，該工具固持器用於收納具有一末端部分的一工具，該末端部分用以加工安裝於該零件支撐件上的該零件； 該工具固持器之一控制單元，該控制單元經調適以控制並修改該工具固持器在該加工模組中的位置， 一單元，該單元用於偵測安裝於該工具固持器上之該工具的輪廓，該偵測單元包含用於判定安裝於該工具固持器上之該工具之該末端部分之輪廓的一光學系統，其中該光學系統安裝於該零件支撐件上。
2. 如請求項1所述之加工模組，其中該光學系統經組配以在該工具固持器處於一量測操作位置時能偵測該輪廓。
3. 如請求項2所述之加工模組，其中該光學系統包括一第一影像俘獲系統，該第一影像俘獲系統經組配，使得其影像焦平面能夠在該量測操作位置中與該工具的該末端部分相交。
4. 如請求項1至3中任一項所述之加工模組，其中該光學系統具有正交於該工具固持器之軸線X之方向的一光軸。
5. 如請求項1至4中任一項所述之加工模組，其中該光學系統為一量測光學裝置的部分，該量測光學裝置經組配以藉由由該光學系統進行之影像俘獲之一單一步驟而能夠判定待加工之該零件之該支撐件與該工具固持器之間的三維相對位置。
6. 如請求項5所述之加工模組，其中該量測光學裝置經組配以又藉由由該光學系統進行的安裝於該工具固持器上之該工具之該末端部分的影像俘獲之一單一步驟而能夠判定安裝於該工具固持器上之該工具之該末端部分的該輪廓。
7. 如請求項5或6中任一項所述之加工模組，其中該量測光學裝置更包括一前部光源，該前部光源係以平行於該光學系統之該光軸且朝向該工具固持器的方向而定向。
8. 如請求項5至7中任一項所述之加工模組，其中該量測光學裝置更包括一後部光源，該後部光源係以朝向該光學系統的方向而定向 。
9. 如請求項1至8中任一項所述之加工模組，其中該加工模組更包括係該光學裝置之部分的一目標，該目標安裝於該工具固持器上且包括一主動面，該主動面在該工具固持器處於一繞其軸線之預定角度位置及處於一沿其軸線之預定軸向位置時，形成一個經調適以在該光學系統之該光軸上移動的定位參考，從而形成該工具固持器相對於該零件支撐件的一參考位置。
10. 如請求項9所述之加工模組，其中該目標為一三維目標，該三維目標在一主動面上包括以下各者： 一第一結構，該第一結構界定一平面參考面，及 一第二結構，該第二結構具有相對於該平面參考面傾斜的一面， 且其中該光學系統包含一第一影像俘獲系統及一第二影像俘獲系統，其中該第二影像俘獲系統之焦距與該第一影像俘獲系統之焦距之間的差介於分離且包括該參考面與該傾斜面的最小距離與最大距離之間。
11. 如請求項9或10中任一項所述之加工模組，其中該量測光學裝置更包括一光源，該光源係以朝向該工具固持器的方向而定向，該光源經安置以便提供該三維目標的橫向照明。
12. 如請求項1至11中任一項所述之加工模組，其中該光學系統包含一第一影像俘獲系統及一第二影像俘獲系統，其中： 該第一影像俘獲系統之場深相較於該第二影像俘獲系統的場深大出至少十倍，且其中 該光學系統經配置，使得該第一影像俘獲系統之光徑及該第二影像俘獲系統的光徑具有置放於該光學系統之該光軸上的一共同區段且包括該第一影像俘獲系統之影像焦平面以及該第二影像俘獲系統的影像焦平面。
13. 如請求項10及12所述之加工模組，其中： 該第一影像俘獲系統經組配，使得其影像焦平面能夠對應於該第一結構的該參考平面，且 該第二影像俘獲系統經組配，使得其影像焦平面能夠與該三維目標的該傾斜面相交。
14. 如請求項1至13中任一項所述之加工模組，其中該光學裝置更包括一第三影像俘獲系統，該第三影像俘獲系統安置於該工具固持器上且經組配以識別該工具固持器圍繞其軸線的角度定向。
15. 一種包括如請求項1至14中任一項所述之一加工模組的機械工具，該機械工具更包括用於追蹤該工具之磨耗的一單元，該單元能夠計算該工具之該輪廓自藉由該偵測單元供應之資訊的偏離。
16. 如請求項15所述之機械工具，其中用於追蹤該工具之磨耗的該單元在該工具之該輪廓的該偏離超出一預定偏離時，能夠使用由該偵測單元所偵測的安裝於該工具固持器上之該工具之末端部分的經修改輪廓，來重新計算加工參數，該等加工參數包括針對該工具固持器之移動的資訊，該資訊被傳輸至該工具固持器的該控制單元。
17. 一種用於偵測安裝於一加工模組中之一工具固持器上之一工具之位置的方法，該加工模組包括一零件支撐件及一工具固持器，該方法包括以下步驟： i) 提供該加工模組中之一偵測單元，該偵測單元包括用於判定安裝於該工具固持器上之該工具之末端部分的輪廓之一光學系統，其中該光學系統安裝於該零件支撐件上， ii) 將該工具載入至該工具固持器， iii) 將該工具固持器相對於該零件支撐件定位於一量測操作位置中， iv) 啟動該偵測單元，及 v) 經由該光學系統，判定該工具在該加工模組中的位置。
18. 一種用於偵測安裝於一加工模組中之一工具固持器上之一工具之輪廓的方法，該加工模組包括一零件支撐件及一工具固持器，該方法包括以下步驟： i) 提供該加工模組中之一偵測單元，該偵測單元包括用於判定安裝於該工具固持器上之該工具之末端部分之輪廓的一光學系統，其中該光學系統安裝於該零件支撐件上， ii) 將該工具載入至該工具固持器， iii) 將該工具固持器相對於該零件支撐件定位於一量測操作位置中， iv) 啟動該偵測單元，及 v) 經由該光學系統，判定安裝於該工具固持器中之該工具之該末端部分的該輪廓。
19. 一種用於偵測一機械工具中之一工具之磨耗的方法，其中使用如請求項18所述之方法來偵測該工具之輪廓且該方法更包括以下步驟： vi) 使用該工具來實行加工步驟，藉由該實行而獲得一工具，其中該工具之一末端部分具有一經修改輪廓，及 vii) 將該工具固持器相對於該零件支撐件定位於該量測操作位置中， viii) 啟動該偵測單元，及 ix) 判定安裝於該工具固持器中之該工具之該末端部分的該經修改輪廓，及 x) 自該工具之該末端部分的該輪廓及該經修改輪廓建立該工具的一磨耗狀態。

Images