CH714503A1 - Machine tool with an optical measuring device for three-dimensional registration between the tool holder and the workpiece support. - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une machine-outil comprenant un module d’usinage équipé d’un porte-outil (310) et d’un support de pièce (320), et un dispositif optique de mesure pour la mesure tridimensionnelle de la position relative entre ledit porte-outil (310) et ledit support de pièce (320), ledit dispositif optique de mesure comprenant un système optique (100) monté sur le support de pièce (320) et une cible (200) montée sur le porte-outil (310) et comprenant une face utile formant une référence de positionnement apte à se placer dans l’axe optique (O) du système optique (100).The invention relates to a machine tool comprising a machining module equipped with a tool holder (310) and a workpiece support (320), and an optical measuring device for the three-dimensional measurement of the relative position between said tool holder (310) and said workpiece holder (320), said optical measuring device comprising an optical system (100) mounted on the workpiece support (320) and a target (200) mounted on the tool holder ( 310) and comprising a useful face forming a positioning reference adapted to be placed in the optical axis (O) of the optical system (100).
Description
DescriptionDescription
Domaine technique [0001] La présente invention concerne le domaine des machines-outils. La présente invention concerne également le domaine de la mesure optique de la position relative entre un premier objet et un deuxième objet, et notamment entre le porte-outil et le support de pièce d’une machine-outil.Technical Field [0001] The present invention relates to the field of machine tools. The present invention also relates to the field of optical measurement of the relative position between a first object and a second object, and in particular between the tool holder and the workpiece support of a machine tool.
[0002] Dans le domaine de la machine-outil, il existe un besoin de connaître précisément la position relative entre le porte-outil et le support de pièce, afin d’assurer une gamme d’usinage conforme au plan d’usinage développé pendant la mise au point.In the field of the machine tool, there is a need to know precisely the relative position between the tool holder and the workpiece support, to ensure a machining range consistent with the machining plane developed during development.
[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.The manufacture of parts by means of machining modules (machine tools), including lathe machines, automatic lathes, turning-milling centers, milling machines, machining centers and transfer machines, typically comprises three distinct phases: In a first phase of development (or preset), the operator (for example a bar turner) defines and tests on a machining module the machining plane, that is to say say the sequence of operations and axis movements necessary to obtain the desired workpiece. The operator ensures, for example, that the machining plan is as efficient as possible, that is to say, that which makes it possible to machine a given part with a minimum of operations and avoiding collisions between tools or with the piece. He chooses the tools to use, and checks the quality of the parts obtained, for example the surface conditions, the respect of the tolerances, etc.
[0005] Dans une deuxième phase de production, une série de pièces sont produites 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).In a second production phase, a series of parts are produced on the pre-set machining module, with the parameters defined during the development. This phase is the only productive phase; it is often performed 24 hours a day, the machining module being fed with raw material by means of a mothership or a plow loader (raw parts).
[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.It happens that the production of a series of parts is interrupted, for example to replace worn tools, to produce another type of parts on the same machining module, for the maintenance of the machine, etc.. then resumed later. In such a case, a set-up phase is necessary to apply the parameters defined previously during debugging. This setting is faster than focusing.
[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 détermine la qualité de l’usinage, mais est difficile à reproduire lors de mises en train successives.During start-up, it is often necessary to replace the tools mounted on the machine with another set of tools adapted to the machining that must be performed. The precision of the positioning of these tools determines the quality of the machining, but is difficult to reproduce during successive start-ups.
[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.In addition, during the production phase, it is not impossible to have as and when machining new parts, and in particular for large series, position drifts between the door- tool and the support of room, drifts in particular due to the thermal expansion of the machines.
Etat de la technique [0009] Différentes solutions ont donc été proposées dans l’art antérieur afin de garantir un positionnement relatif correct entre le porte-outil et le support de pièce pendant la phase de production et pendant la mise en train, c’est-à-dire conforme à la position relative entre le porte-outil et le support de pièce pendant la mise au point.State of the art [0009] Various solutions have therefore been proposed in the prior art in order to guarantee a correct relative positioning between the tool holder and the part support during the production phase and during start-up it is that is, in accordance with the relative position between the tool holder and the work support during focusing.
[0010] Des nombreuses techniques de mesure in-situ utilisées dans des machines-outils s’attachent à mesurer la position relative entre la pièce ou le support de pièce et l’outil lui-même. Cependant, dans ce cas, la mesure de la position relative entre la pièce ou le support de pièce et l’outil est entachée des effets de l’usure de l’outil et de la dérive thermique de la machine-outil pendant son fonctionnement.Many in-situ measurement techniques used in machine tools are concerned with measuring the relative position between the workpiece or the workpiece support and the tool itself. However, in this case, the measurement of the relative position between the workpiece or the workpiece support and the tool is tainted by the effects of tool wear and thermal drift of the machine tool during operation.
[0011] Egalement, ce type de mesure de position relative est en général effectué, dans deux dimensions, c’est-à-dire selon deux directions, comme dans le document DE 20 2016 004 237 U.[0011] Also, this type of relative position measurement is generally carried out in two dimensions, that is to say in two directions, as in DE 20 2016 004 237 U.
[0012] Ce repérage relatif entre la pièce ou le support de pièce et l’outil étant limité à deux dimensions (par exemple Y et X, respectivement la direction latérale et verticale), il n’est pas suffisamment complet pour s’assurer de la bonne position relative, de sorte que l’on doit recourir à une autre technique pour la mesure de la troisième dimension (par exemple Z, la direction d’avancée/de recul du support de pièce encore appelée «direction matière»). Cette situation augmente non seulement le coût de la technique de mesure, mais aussi son temps de mise en oeuvre, et elle ajoute par ailleurs une erreur par le fait d’utiliser deux séries de mesure simultanément.This relative location between the workpiece or the workpiece support and the tool being limited to two dimensions (for example Y and X, respectively the lateral and vertical direction), it is not sufficiently complete to ensure that the correct relative position, so that one must resort to another technique for the measurement of the third dimension (eg Z, the direction of advancement / retreat of the support piece also called "material direction"). This situation not only increases the cost of the measurement technique, but also its implementation time, and it also adds an error by using two measurement series simultaneously.
[0013] Le document US 2014 362 387 AA divulgue un dispositif de mesure optique placé sur le porte outil et permettant de vérifier qu’un objet cible ne va pas interférer avec le porte-outil. Ce dispositif de mesure optique utilise un élément de calibrage avec plusieurs parties inclinées pour caractériser les paramètres géométriques du dispositif de mesure par rayon laser, notamment la position entre le capteur du rayon réfléchi et l’émetteur du rayon incident. Cet élément de calibrage n’intervient pas pendant la mesure de la position relative entre le porte-outil et l’objet cible qui peut être une pièce à usiner.The document US 2014 362 387 AA discloses an optical measuring device placed on the tool holder and for verifying that a target object will not interfere with the tool holder. This optical measuring device uses a calibration element with several inclined parts to characterize the geometrical parameters of the laser beam measuring device, in particular the position between the reflected ray sensor and the incident ray emitter. This calibration element does not intervene during the measurement of the relative position between the tool holder and the target object which may be a workpiece.
[0014] Le document US 2010 111 630 AA divulgue un système de repositionnement d’outil pour une machine-outil, comprenant des cibles de forme irrégulière situées sur l’outil et permettant la mesure optique de la position précise de l’outil par des éléments de mesure optique dont la position n’est pas précisée.[0014] US 2010 111 630 AA discloses a tool repositioning system for a machine tool, comprising irregularly shaped targets located on the tool and allowing the optical measurement of the precise position of the tool by tools. Optical measuring elements whose position is not specified.
[0015] Le document US 5 831 734 décrit une solution dans laquelle un capteur optique est solidaire du porte-outil et effectue le repérage de la position relative de ce porte-outil par rapport à une pièce à usiner munie d’une marque distinctive (rainure).Document US Pat. No. 5,831,734 describes a solution in which an optical sensor is integral with the tool holder and carries out the identification of the relative position of this tool holder with respect to a workpiece provided with a distinctive mark ( groove).
[0016] Ces solutions ne permettent toutefois pas de pouvoir déterminer par une seule étape de prise de vue la position relative entre la pièce à usiner et l’outil, cette unique étape de prise de vue donnant les informations permettant de déterminer cette position relative dans les trois dimensions de l’espace.However, these solutions do not allow to determine by a single shooting step the relative position between the workpiece and the tool, this single shooting step giving the information to determine this relative position in the three dimensions of space.
[0017] Ces solutions ne permettent pas non plus de s’affranchir des paramètres variables en temps réel au cours de l’usinage, notamment de l’usure de l’outil ainsi que des variations thermiques de l’outil et/ou de l’espace de travail de la machine-outil qui reçoit la pièce à usiner.These solutions also do not make it possible to overcome variable parameters in real time during machining, in particular tool wear as well as thermal variations of the tool and / or the tool. workspace of the machine tool that receives the workpiece.
Bref résumé de l’invention [0018] Un but de la présente invention est de proposer une technologie permettant d’effectuer une mesure de position relative entre un porte-outil et un support de pièce, exempte des limitations des techniques de mesure connues.BRIEF SUMMARY OF THE INVENTION [0018] An object of the present invention is to provide a technology for performing a relative position measurement between a tool holder and a workpiece support, free from the limitations of known measurement techniques.
[0019] Un autre but de l’invention est de proposer une technologie permettant d’effectuer une mesure de position relative entre un porte-outil et un support de pièce, qui fournisse la position relative tridimensionnelle entre le premier objet et le deuxième objet à partir d’une seule étape de prise de vue.Another object of the invention is to provide a technology for performing a relative position measurement between a tool holder and a workpiece support, which provides the three-dimensional relative position between the first object and the second object to from a single shooting step.
[0020] Selon l’invention, ces buts sont atteints notamment au moyen d’une machine-outil comprenant un module d’usinage équipé d’un porte-outil et d’un support de pièce, et un dispositif optique de mesure pour la mesure tridimensionnelle de la position relative entre ledit porte-outil et ledit support de pièce, ledit dispositif optique de mesure comprenant un système optique monté sur le support de pièce et une cible montée sur le porte-outil et comprenant une face utile formant une référence de positionnement apte à se placer dans l’axe optique du système optique.According to the invention, these objects are achieved in particular by means of a machine tool comprising a machining module equipped with a tool holder and a workpiece support, and an optical measuring device for the three-dimensional measurement of the relative position between said tool holder and said workpiece support, said optical measuring device comprising an optical system mounted on the workpiece support and a target mounted on the toolholder and comprising a useful face forming a reference of positioning able to be placed in the optical axis of the optical system.
[0021] Selon un mode de réalisation, le dispositif optique de mesure est configuré pour permettre par une unique étape de prise de vue de la cible par le système optique de déterminer la position relative tridimensionnelle entre le support de la pièce à usiner et le porte-outil. De cette façon, on peut obtenir par la prise de vue de la cible réalisée par le système optique de la position exacte entre ledit porte-outil et ledit support de pièce.According to one embodiment, the optical measuring device is configured to allow by a single step of shooting the target by the optical system to determine the three-dimensional relative position between the support of the workpiece and the door -tool. In this way, it is possible to obtain, by shooting the target made by the optical system, the exact position between said tool holder and said workpiece support.
[0022] En particulier, la cible est disposée de sorte que le plan focal image du système optique puisse être confondu avec la face utile de la cible.In particular, the target is arranged so that the image focal plane of the optical system can be confused with the useful face of the target.
[0023] Selon un mode de réalisation, la cible est une cible tridimensionnelle comprenant sur une face utile: * une première structure définissant une face de référence plane, et * une deuxième structure présentant une face inclinée par rapport à ladite face plane de référence, et ledit système optique comprend un premier système de prise de vue et un deuxième système de prise de vue, dans lequel la différence entre la distance focale du deuxième système de prise de vue et la distance focale du premier système de prise de vue, est comprise entre la distance minimale et la distance maximale séparant la face de référence de la face inclinée.According to one embodiment, the target is a three-dimensional target comprising on a useful face: a first structure defining a plane reference face, and a second structure having a face inclined with respect to said reference plane face, and said optical system comprises a first camera system and a second camera system, wherein the difference between the focal length of the second camera system and the focal length of the first camera system is comprised between the minimum distance and the maximum distance separating the reference face from the inclined face.
[0024] Ainsi, le système optique peut identifier simultanément sa position par rapport d’une part à la face de référence (ou première face de référence) via l’image générée par le premier système de prise de vue et d’autre part à au moins une zone de la face inclinée (ou deuxième face de référence) qui est identifiée via l’image générée par le premier système de prise de vue, et dont la localisation sur la cible est connue par rapport à la face de référence.Thus, the optical system can simultaneously identify its position relative to the reference face (or first reference face) on the one hand via the image generated by the first camera system and on the other hand to at least one zone of the inclined face (or second reference face) which is identified via the image generated by the first camera system, and whose location on the target is known with respect to the reference face.
[0025] Cette cible est en outre possiblement conforme à l’une ou l’autre ou plusieurs des dispositions suivantes: - la face de référence plane est répartie entre au moins une première portion dont la surface est réfléchissante selon des premiers paramètres de réflexion, et une deuxième portion dont la surface est réfléchissante selon des seconds paramètres de réflexion différents des premiers paramètres de réflexion; - la surface de ladite première portion est réfléchissante selon une réflexion diffuse, et la surface de ladite deuxième portion est réfléchissante selon une réflexion spéculaire; - ladite deuxième portion est répartie selon une série de zones localisées positionnées dans la première portion; - la surface de ladite face inclinée présente des éléments en relief ou bien des éléments spéculaires régulièrement répartis; - les zones localisées définissent entre elles une figure géométrique appartenant à la liste suivante: quadrilatère, parallélogramme, rectangle, carré, losange, polygone régulier et cercle; - les zones localisées de ladite deuxième portion sont formée d’îlots ou de segments répartis dans la première portion; - les zones localisées sont en chrome; - la première structure et la deuxième structure sont disposées sur la face utile de manière concentrique l’une par rapport à l’autre, notamment la première structure entoure la deuxième structure; - les zones localisées de la deuxième portion de la première structure définissent un carré qui entoure la deuxième structure; - la première structure délimite une ouverture pour un logement logeant ladite deuxième structure; - la deuxième structure est disposée dans ledit logement avec la face inclinée qui est en retrait par rapport à la face de référence de ladite première structure, notamment en arrière, derrière le plan délimité par la face de référence; - la surface de la face inclinée de la deuxième structure est striée, en particulier la surface de la face inclinée de la deuxième structure est recouverte par l’un des éléments suivants: réseau gravé, grille structurée ou réseau de lignes spéculaires.This target is also possibly in accordance with one or more of the following provisions: the planar reference face is distributed between at least a first portion whose surface is reflective according to first reflection parameters, and a second portion whose surface is reflective according to second reflection parameters different from the first reflection parameters; - The surface of said first portion is reflective in a diffuse reflection, and the surface of said second portion is reflective in a specular reflection; said second portion is distributed according to a series of localized zones positioned in the first portion; the surface of said inclined face has elements in relief or specular elements regularly distributed; the localized zones define between them a geometrical figure belonging to the following list: quadrilateral, parallelogram, rectangle, square, rhombus, regular polygon and circle; - The localized areas of said second portion are formed of islands or segments distributed in the first portion; - the localized areas are in chrome; - The first structure and the second structure are arranged on the useful face concentrically with respect to one another, in particular the first structure surrounds the second structure; the localized zones of the second portion of the first structure define a square which surrounds the second structure; the first structure defines an opening for a housing housing said second structure; - The second structure is disposed in said housing with the inclined face which is set back relative to the reference face of said first structure, in particular behind, behind the plane delimited by the reference face; - The surface of the inclined face of the second structure is striated, in particular the surface of the inclined face of the second structure is covered by one of the following elements: etched network, structured grid or specular line network.
[0026] Selon un mode de réalisation, la surface de cette face inclinée présente des éléments en relief régulièrement répartis. Selon un autre mode de réalisation, la surface de cette face inclinée présente des éléments spéculaires régulièrement répartis. Dans les deux cas, l’idée est de pouvoir repérer la face inclinée, qui est grossièrement plane, dans une direction Z orthogonale à la face de référence. Pour ce faire, dans un cas, les éléments en relief constituent des irrégularités de surface ou aspérités de petite taille, la surface de la face inclinée étant rugueuse et permettant de former une réflexion diffuse qui permet à un système optique qui regarde la cible de voir nette une portion de la face inclinée: en particulier ces les éléments en relief présentent une taille supérieure à 700 nanomètres, notamment supérieure à 1 micromètre, à savoir de taille supérieure à la longueur d’onde du rayonnement incident, ici la lumière naturelle. Dans l’autre cas, les éléments spéculaires de la face inclinée, disposés selon un arrangement géométrique, par exemple selon des lignes parallèles entre elles et positionnées à différentes positions selon la direction Z, se distinguent visuellement du reste de la surface de la face inclinée (de préférence réfléchissante selon une réflexion diffuse), d’où la possibilité à un système optique qui regarde la cible de voir nette une portion de la face inclinée avec un ou plusieurs de ces éléments spéculaires.According to one embodiment, the surface of this inclined face has regularly distributed relief elements. According to another embodiment, the surface of this inclined face has regularly distributed specular elements. In both cases, the idea is to be able to locate the inclined face, which is roughly flat, in a Z direction orthogonal to the reference face. To do this, in one case, the raised elements constitute surface irregularities or small asperities, the surface of the inclined face being rough and making it possible to form a diffuse reflection that allows an optical system that looks at the target to see net a portion of the inclined face: in particular these relief elements have a size greater than 700 nanometers, especially greater than 1 micrometer, namely larger than the wavelength of incident radiation, here natural light. In the other case, the specular elements of the inclined face, arranged in a geometric arrangement, for example in lines parallel to each other and positioned at different positions in the Z direction, are visually distinguishable from the rest of the surface of the inclined face (Preferably reflective in a diffuse reflection), hence the possibility to an optical system that looks at the target to see a sharp portion of the inclined face with one or more of these specular elements.
[0027] Cette cible tridimensionnelle dispose sur son côté formant la face utile d’une double structure, définissant respectivement une première face de référence plane et une deuxième face de référence, définissant un plan incliné par rapport à la première face de référence. Cette géométrie tridimensionnelle de la cible, alliée à des caractéristiques optiques spécifiques et différentes des surfaces composant respectivement la première face de référence et la deuxième face de référence, permettent un repérage optique dans les trois dimensions X, Y et Z de l’espace de cette cible par rapport au système optique utilisé. Dans un mode de réalisation ce système optique permet de réaliser ce repérage optique, à savoir aboutissant à la mesure de position relative, grâce à une seule étape de prise de vue à la fois de la première face de référence plane et de la deuxième face de référence inclinée: il s’agit donc d’une prise de vue simultanée de l’image de la première face de référence plane et de la deuxième face de référence. Cette prise de vue simultanée peut être réalisée selon deux, trois ou davantage d’itérations, voir en rafale sur n prises de vue (n entier supérieur à un, par exemple allant de deux à quinze). De cette façon, on peut disposer de plusieurs images (une série d’images) à la fois de la première face de référence plane et de la deuxième face de référence, ce qui permet d’effectuer un traitement par des algorithmes de calcul, non pas d’une seule image de la première face de référence plane et de la deuxième face de référence, mais un traitement de la série d’images à la fois de la première face de référence plane et de la deuxième face de référence, et ainsi gagner en précision.This three-dimensional target has on its side forming the useful face of a double structure, respectively defining a first planar reference face and a second reference face, defining a plane inclined relative to the first reference face. This three-dimensional geometry of the target, combined with specific optical characteristics and different surfaces respectively composing the first reference face and the second reference face, allow optical identification in the three dimensions X, Y and Z of the space of this target compared to the optical system used. In one embodiment, this optical system makes it possible to carry out this optical registration, namely resulting in the measurement of relative position, by means of a single step of taking both the first reference face and the second face of inclined reference: it is therefore a simultaneous shooting of the image of the first reference plane face and the second reference face. This simultaneous shooting can be carried out according to two, three or more iterations, see burst on n shots (n integer greater than one, for example ranging from two to fifteen). In this way, it is possible to have several images (a series of images) of both the first plane reference face and the second reference face, which makes it possible to perform a processing by calculation algorithms, not not a single image of the first planar reference face and the second reference face, but a processing of the series of images of both the first planar reference face and the second reference face, and thus gain in precision.
[0028] En particulier, selon une disposition possible, cette génération d’image(s) de la première face de référence plane et de la deuxième face de référence, est effectuée par le système optique utilisé sans avoir à réaliser une mise au point, comme il sera exposé plus loin. Dans ce cas, il n’y a pas de réglage spécifique à opérer dans le système optique, ce qui permet un gain de temps important pour la réalisation de la mesure de la position relative de la cible tridimensionnelle. Cette solution présente notamment l’avantage par rapport à l’art antérieur de ne pas nécessiter ni plusieurs étapes de mesure ni même de modifier les réglages et en particulier la distance focale du système optique qui regarde cette cible.In particular, in a possible arrangement, this generation of image (s) of the first plane reference face and the second reference face, is performed by the optical system used without having to make a focus, as it will be explained later. In this case, there is no specific adjustment to operate in the optical system, which allows a significant time saving for the realization of the measurement of the relative position of the three-dimensional target. This solution has the advantage over the prior art not to require either several measurement steps or even to change the settings and in particular the focal length of the optical system facing this target.
[0029] Également, lorsque cette cible est utilisée pour la mesure de position relative entre un porte-outil et un support de pièce, on peut s’affranchir de l’usure de l’outil ainsi que des variations thermiques de l’outil et/ou de l’espace de travail de la machine-outil qui reçoit la pièce à usiner en plaçant cette cible sur le porte-outil.Also, when this target is used for the relative position measurement between a tool holder and a workpiece support, it is possible to overcome the wear of the tool as well as the thermal variations of the tool and or the work space of the machine tool that receives the workpiece by placing this target on the tool holder.
[0030] Dans un mode de réalisation, le système optique comprend un premier système de prise de vue et un deuxième système de prise de vue, dans lequel: - la profondeur de champ du premier système de prise de vue est au moins 10 fois supérieure à la profondeur de champ du deuxième système de prise de vue, et - le système optique est agencé de sorte que le chemin optique du premier système de prise de vue et le chemin optique du deuxième système de prise de vue présentent un tronçon commun placé sur l’axe optique du système optique et comportant le plan focal image du premier système de prise de vue et le plan focal image du deuxième système de prise de vue.In one embodiment, the optical system comprises a first camera system and a second camera system, in which: the depth of field of the first camera system is at least 10 times greater than to the depth of field of the second camera system, and - the optical system is arranged so that the optical path of the first camera system and the optical path of the second camera system have a common section placed on the optical axis of the optical system and comprising the image focal plane of the first camera system and the image focal plane of the second camera system.
[0031] Un tel système optique peut être placé sur l’un des deux objets concernés (un deuxième objet formé d’un support de pièce) et permet par les deux systèmes de prise de vue, une prise simultanée de deux images nettes en deux emplacements voisins l’un de l’autre sur l’autre parmi les deux objets (un premier objet formé d’un porte-outil), ces deux emplacements du premier objet étant situés à une distance légèrement différente du deuxième objet. Un tel système optique permet, comme il sera décrit en détail dans la suite, grâce aux deux images, de repérer de façon tridimensionnelle la position relative entre le premier objet et le deuxième objet qui porte le système optique.Such an optical system can be placed on one of the two objects concerned (a second object formed by a part support) and allows the two cameras to take a simultaneous capture of two sharp images in two locations neighboring each other on the other of the two objects (a first object formed of a tool holder), these two locations of the first object being located at a slightly different distance from the second object. Such an optical system makes it possible, as will be described in detail hereinafter, thanks to the two images, to locate three-dimensionally the relative position between the first object and the second object which carries the optical system.
[0032] Dans un mode de réalisation, le système optique 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 avant d’atteindre l’autre parmi le premier et le deuxième système de prise de vue.In one embodiment, the optical system is arranged so that the optical path from the object passes through at least a portion of one of the first and second camera systems before reaching the camera. another one of the first and the second camera system.
[0033] Dans un mode de réalisation, le premier et le deuxième système de prise de vue sont disposés en parallèle l’un par rapport à l’autre et le système optique comporte en outre un module optique disposé entre le premier et le deuxième système de prise de vue 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.In one embodiment, the first and second camera systems are arranged in parallel with each other and the optical system further comprises an optical module disposed between the first and the second system. and configured to deflect a portion of the light rays passing through at least a portion of one of the first and second cameras to one another from the first and second cameras.
[0034] Ce système optique est en outre possiblement conforme à l’une ou l’autre ou plusieurs des dispositions suivantes: - la distance focale du deuxième système de prise de vue est plus grande que la distance focale du premier système de prise de vue, - le grandissement du premier système de prise de vue est inférieur au grandissement du deuxième système de prise de vue, - la profondeur de champ (DOF1) du premier système de prise de vue est supérieure ou égale à 0.8 millimètre, - la profondeur de champ (DOF2) du deuxième système de prise de vue est inférieure ou égale à 0.1 millimètre, - le premier système de prise de vue est télécentrique et le deuxième système de prise de vue est télécentrique, - le premier système de prise de vue est configuré de sorte que son plan focal image est apte à correspondre à la face de référence de la première structure, et - le deuxième système de prise de vue est configuré de sorte que son plan focal image est apte à être sécant avec la face inclinée de la cible tridimensionnelle, - le dispositif optique comporte en outre un troisième système de prise de vue disposé sur le porte-outil et configuré pour repérer l’orientation de la face utile de la cible et/ou l’orientation angulaire du porte-outil.This optical system is also possibly in accordance with one or more of the following provisions: the focal length of the second camera system is greater than the focal length of the first camera system - the magnification of the first camera system is less than the magnification of the second camera system, - the depth of field (DOF1) of the first camera system is greater than or equal to 0.8 millimeters, - the depth of field (DOF2) of the second camera system is less than or equal to 0.1 millimeter, - the first camera system is telecentric and the second camera system is telecentric, - the first camera system is configured so that its image focal plane is adapted to correspond to the reference face of the first structure, and - the second shooting system is configured so that its image focal plane is a to be secant with the inclined face of the three-dimensional target, - the optical device further comprises a third camera arranged on the tool holder and configured to locate the orientation of the useful face of the target and / or the angular orientation of the tool holder.
[0035] La présente invention se rapporte aussi à un procédé de mesure optique tridimensionnelle selon trois directions orthogonales X, Y et Z dans l’espace tridimensionnel d’une machine-outil, entre un porte-outil et un support de pièce alignés et distants l’un de l’autre dans la direction principale Z, dans lequel: - on fournit un système optique, - on monte ledit système optique sur le support de pièce, - on fournit une cible comprenant une face utile formant une référence de positionnement, - on monte ladite cible sur le porte-outil, - on positionne le porte-outil et le support de pièce de sorte que la cible est apte à se placer dans l’axe optique du système optique, - on réalise une unique étape de prise de vue de la cible avec le système optique disposé de façon à coopérer avec la cible ce par quoi on détermine la position relative tridimensionnelle entre le support de la pièce à usiner et le porte-outil.The present invention also relates to a three-dimensional optical measurement method according to three orthogonal directions X, Y and Z in the three-dimensional space of a machine tool, between a tool holder and an aligned and remote piece support. from each other in the main direction Z, in which: - an optical system is provided, - said optical system is mounted on the workpiece support, - a target comprising a useful face forming a positioning reference is provided, said target is mounted on the tool holder, the tool holder and the workpiece support are positioned so that the target is able to be placed in the optical axis of the optical system; a single setting step is performed; from the target with the optical system arranged to cooperate with the target thereby determining the three-dimensional relative position between the support of the workpiece and the tool holder.
[0036] Selon un mode de réalisation de ce procédé, lors de l’étape de prise de vue, le système optique et la cible sont disposés de sorte que le plan focal image du système optique puisse être confondu avec la face utile de la cible.According to one embodiment of this method, during the shooting step, the optical system and the target are arranged so that the image focal plane of the optical system can be confused with the useful face of the target. .
[0037] Selon ce procédé, on peut prévoir en outre, l’une, l’autre ou plusieurs des dispositions suivantes: - ladite cible est tridimensionnelle, et comprend sur une face utile: * une première structure définissant une face de référence plane répartie entre au moins: - une première portion dont la surface est réfléchissante selon une réflexion diffuse, et - une deuxième portion dont la surface est réfléchissante selon une réflexion spéculaire, et * une deuxième structure présentant une face inclinée par rapport à ladite face plane de référence, - ledit système optique comprend un premier système de prise de vue et un deuxième système de prise de vue, dans lequel: - la profondeur de champ du premier système de prise de vue est au moins 10 fois supérieure à la profondeur de champ du deuxième système de prise de vue, et - ledit système optique est agencé d’une part de sorte que le chemin optique du premier système de prise de vue et le chemin optique du deuxième système de prise de vue présentent un tronçon commun comportant le plan focal image du premier système de prise de vue et le plan focal image du deuxième système de prise de vue, et d’autre part de sorte que la différence entre la distance focale du deuxième système de prise de vue et la distance focale du premier système de prise de vue, est comprise entre la distance minimale et la distance maximale séparant la face de référence de la face inclinée, - on positionne le porte-outil et le support de pièce de sorte que d’une part la distance focale du premier système de prise de vue est apte à placer le foyer image du premier système de prise de vue sur la première structure de la cible et que d’autre part la distance focale du deuxième système de prise de vue est apte à placer le foyer image du deuxième système de prise de vue sur la deuxième structure de la cible, - lors de ladite étape de prise de vue avec le système optique, on effectue au moins une prise de vue simultanément avec le premier système de prise de vue du système optique et avec le deuxième système de prise de vue du système optique, ce par quoi, pour chaque prise de vue par le système optique, d’une part le premier système de prise de vue génère une première image de la cible permettant d’identifier sur la face de référence la position de la deuxième portion par rapport à la première portion, ce qui donne en premier lieu une première information sur la position relative selon la direction X de la cible par rapport au premier système de prise de vue et en second lieu une deuxième information sur la position relative entre la cible et le premier système de prise de vue selon la direction Y, et d’autre part le deuxième système de prise de vue génère une deuxième image de la cible comprenant une portion nette correspondant à un emplacement de la face inclinée de la deuxième structure, ce qui donne une troisième information sur la distance entre ladite cible et ledit deuxième système de prise de vue selon la direction Z.According to this method, one can further provide, one, the other or more of the following provisions: - said target is three-dimensional, and comprises on a useful face: * a first structure defining a distributed flat reference face between at least: - a first portion whose surface is reflecting in a diffuse reflection, and - a second portion whose surface is reflecting in a specular reflection, and * a second structure having a face inclined with respect to said reference plane face said optical system comprises a first camera system and a second camera system, in which: the depth of field of the first camera system is at least 10 times greater than the depth of field of the second camera system; shooting system, and - said optical system is arranged on the one hand so that the optical path of the first shooting system and the optical path e of the second camera system have a common section comprising the image focal plane of the first camera system and the image focal plane of the second camera system, and secondly that the difference between the distance focal length of the second camera system and the focal length of the first camera system, is between the minimum distance and the maximum distance separating the reference face from the inclined face, the toolholder and the support are positioned. of part so that on the one hand the focal length of the first camera system is able to place the image focus of the first camera system on the first structure of the target and that on the other hand the focal length of the second camera system is able to place the image focus of the second camera system on the second structure of the target, - during said shooting step with the optical system, is performed at least one shot simultaneously with the first system of shooting of the optical system and with the second system of shooting of the optical system, whereby, for each shot by the optical system, on the one hand the first image system generates a first image of the target making it possible to identify on the reference face the position of the second portion relative to the first portion, which firstly gives a first information on the relative position according to the direction X of the target relative to the first system of shooting and secondly a second information on the relative position between the target and the first system of shooting in the direction Y, and secondly the second system of shooting generates a second image of the target comprising a net portion corresponding to a location of the inclined face of the second structure, which gives a third information on the distance between said target and said second camera in Z direction.
[0038] Selon une autre disposition possible, ladite deuxième portion de la face de référence plane est répartie selon une série de zones localisées positionnées dans la première portion et dans lequel lorsque ledit premier système de prise de vue génère une première image de la cible, la position des zones localisées de la deuxième portion est identifiée sur la face de référence, ce qui donne une information sur la position relative entre lesdites zones localisées et le premier système de prise de vue permettant de déduire la mesure relative selon la direction Y et selon la direction X.According to another possible arrangement, said second portion of the plane reference face is distributed according to a series of localized zones positioned in the first portion and wherein when said first image system generates a first image of the target, the position of the localized zones of the second portion is identified on the reference face, which gives information on the relative position between said localized zones and the first image system making it possible to deduce the relative measurement in the Y direction and according to the X direction.
Brève description des figures [0039] Des exemples de mise en oeuvre de l’invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles: la fig. 1 illustre un dispositif de mesure tridimensionnelle comprenant une cible tridimensionnelle et un système optique, la fig. 2A illustre l’utilisation du dispositif de mesure tridimensionnelle de la fig. 1 dans une machine-ou til selon l’invention pour la mesure dans l’espace de la position relative entre le porte-outil et le support de pièce (encore appelée broche matière), la fig. 2B montre la partie de la fig. 2A correspondant au porte-outil avec la cible tridimensionnelle, de puis la direction MB de la fig. 2A, soit selon la direction Z, comme le voit le système optique lorsque la cible est orientée en direction du système optique, les fig. 3A, 3B et 3C sont trois vues illustrant la structure de la cible tridimensionnelle, respectivement de face, en perspective et en coupe, et les fig. 3D et 3E sont des vues en perspective de la deuxième structure de la cible respectivement telle que sur les fig. 3A, 3B et 3C et selon une variante de réalisation, les fig. 4A et 4B illustrent le traitement de l’image générée par le deuxième système de prise de vue du système optique, la fig. 5 représente en perspective et en éclaté un porte-outil équipé de la cible tridimensionnelle, la fig. 6 illustre le montage du dispositif de mesure optique tridimensionnelle dans une machine-outil selon l’invention.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES [0039] Examples of implementation of the invention are indicated in the description illustrated by the appended figures in which: FIG. 1 illustrates a three-dimensional measuring device comprising a three-dimensional target and an optical system, FIG. 2A illustrates the use of the three-dimensional measuring device of FIG. 1 in a machine-or machine according to the invention for measuring in space the relative position between the tool holder and the workpiece support (also called material spindle), FIG. 2B shows the part of FIG. 2A corresponding to the tool holder with the three-dimensional target, then the direction MB of FIG. 2A, in the Z direction, as seen by the optical system when the target is oriented towards the optical system, FIGS. 3A, 3B and 3C are three views illustrating the structure of the three-dimensional target, respectively from the front, in perspective and in section, and FIGS. 3D and 3E are perspective views of the second structure of the target respectively as in Figs. 3A, 3B and 3C and according to an alternative embodiment, FIGS. 4A and 4B illustrate the processing of the image generated by the second camera system of the optical system, FIG. 5 shows in perspective and exploded a tool holder equipped with the three-dimensional target, FIG. 6 illustrates the mounting of the three-dimensional optical measuring device in a machine tool according to the invention.
Exemple(s) de mode de réalisation de l’invention [0040] Sur la fig. 1, est représenté un dispositif optique 10 comportant un système optique 100 et une cible tridimensionnelle 200 aptes à coopérer ensemble pour effectuer la mesure tridimensionnelle de la position relative entre la cible 200 et le système optique 100. 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.Example (s) of embodiment of the invention [0040] In FIG. 1, there is shown an optical device 10 comprising an optical system 100 and a three-dimensional target 200 capable of cooperating together to perform the three-dimensional measurement of the relative position between the target 200 and the optical system 100. Indeed, in this measurement position the target 200 is oriented towards the optical system 100, parallel to a main axis, forming a main horizontal Z direction. For this purpose, at the output of the optical system 100 the optical path O is orthogonal to a useful face 202 of the target 200.
[0041] La cible 200 est maintenant décrite en relation avec les fig. 1,3A, 3B et 3C. 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.The target 200 is now described in relation to FIGS. 1,3A, 3B and 3C. The target 200 is in the form of a pellet, here of cylindrical shape of circular section (it could be of square section or other), one side forms the useful face 202 for carrying out the measurement. For the realization of the measurement, this useful face 202 is thus 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 of the input face 102 of the optical system 100.
[0042] 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. Dans un mode de réalisation la première portion 214 est revêtue d’une couche réfléchissante diffusante, par exemple en sulfate de baryum BaSO4, 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. 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 3A et3B, 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 1 à 3 et 5, 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.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 surface 212 whose surface is smooth and is distributed between a first portion 214 whose surface is reflective in a diffuse reflection and a second portion 216 whose surface is reflective in a specular reflection. In one embodiment the first portion 214 is coated with a diffusing reflective layer, for example barium sulfate BaSO4, and the second portion 216 is formed of a reflecting layer in a specular reflection, for example chromium. In the illustrated embodiment, 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. These localized areas 217 may have other shapes, such as segments or islands of other than a circle. These localized zones 217 define between them a geometrical figure belonging to the following list: quadrilateral, parallelogram, rectangle, square, rhombus, regular polygon and circle. This geometric figure can be a geometric figure with central symmetry. In FIGS. 3A and 3B, twenty-four circular localized zones 217 are arranged in a square. The purpose of this first structure 210 is to be able to precisely identify its center C3 using standard vision tools. With the square shape, the two diagonals C1 and C2 of this square are intersecting in the center of the square. Note that in the measuring position, as shown in Figures 1 to 3 and 5, the reference face 212 is disposed parallel to the X and Y directions, respectively forming a direction (a vertical axis) and a direction (an axis transverse horizontal in the case of the illustrated arrangement.
[0043] 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 fig. 3C).The second structure 220 has an inclined face 222 relative to the reference face 212: this inclined face 222 is substantially flat, the average plane of this inclined face forming with respect to the reference face 212 an acute angle α understood between 10 degrees and 80 degrees, for example between 20 and 30 degrees, and preferably of the order of 25 degrees (see Fig. 3C).
[0044] 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 fig. 3D).In one embodiment, the surface of this inclined face 222 is not smooth but has relief elements 224 forming surface irregularities either random or 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. 3D).
[0045] 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.Such relief elements 224 may be protruding or recessed, that is to say recessed, relative to the mean plane of the inclined face 222, especially in the form of small roughnesses, or any other irregularity of surface. Such relief elements 224 may be present on the entire surface of the inclined face 222. Such relief elements 224 may be regularly distributed over the entire surface of the inclined face 222. For example, these relief elements 224 may form a together delimiting a grid pattern or grating, or more generally a structured surface or a rough surface that allows the light reflected on this inclined surface 222 to be well diffused. The surface of the inclined face 222 of the second structure 222 is, for example covered by one of the elements according to etched grating or structured grid, with a pitch between the patterns of the grid or the grating of 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.
[0046] 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 et 50 micromètres.For example, this inclined face 222 is unpolished silicon or ceramic, or unpolished metal or glass, or any other structurable material, and the relief elements 224 were obtained by photolithography, removal machining chips, direct writing, etc. ... or any other structuring process. These relief elements 224 form for example depressions and / or protrusions respectively recessed / protruding from the average plane by a few micrometers or a few tens of micrometers, especially between 0.5 and 50 micrometers.
[0047] Dans un autre mode de réalisation, comme illustré sur la fig. 3E, 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 BaSO4 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. 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 oeuvre, 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.In another embodiment, as illustrated in FIG. 3E, the surface of this inclined face 222 is smooth and comprises a network of lines of chromium, or of another material causing a specular reflection of these lines of chromium which constitute specular elements 225. These specular elements 225 in the form of lines are arranged parallel to each other. In the measuring position, these specular elements 225 in the form of lines or strips are arranged parallel to the plane Y, Z, so that along the inclined surface, in the Z direction, one meets these lines one by one (this is also the case while moving in direction X). The substrate forming the wafer of the second structure 220 may then be in different materials, including glass or silicon, with on the inclined face 222 a diffusing reflective layer, for example barium sulfate BaSO4 which alternates with the specular elements 225 or which covers the entire surface of the inclined face, with the specular elements 225 disposed above this diffusing reflective layer. In an exemplary embodiment, these specular elements 225 in the form of lines form a network with a pitch of 25 micrometers, the lines (in particular chromium) having a width of 12.5 micrometers, equal to the width of the line spacing or portion with a diffuse reflection also in the form of lines or strips of width 12.5 micrometers. According to another embodiment, a pitch of 10 microns or more generally a pitch between 5 and 50 microns is used. It should be noted that these specular elements 225 which alternate with the rest of the surface which makes a diffuse reflection, could take other forms than continuous lines or segments forming strips, in particular discontinuous lines or dots, patterns such as friezes of points, circles, triangles, or any other geometric form.
[0048] 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 3A, 3B, 3C et 3D, 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.According to a non-illustrated embodiment, the inclined face 222 of the second structure 220 carries relief elements 224 punctual and salient, in the form of small mounds or pins, which are divided into parallel rows with each other, the elements of 224 relief being offset from one row to another, to form a staggered pattern. According to another embodiment not illustrated, the inclined face 222 of the second structure 220 carries relief elements 224 salient in the form of segments parallel to each other and equidistant in two series intersecting at 90 ° from 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 segments intersecting at an angle different from 90 ° from each other. In FIGS. 3A, 3B, 3C and 3D, the inclined face 222 of the second structure 220 carries hollow relief elements 224 in the form of a series of segments parallel to each other and equidistant from one another along the direction X: these elements in relief 224 form in this case grooves. This direction X is therefore orthogonal to the direction of the segments forming the relief elements 224.
[0049] Dans le mode de réalisation de la fig. 3E, 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.In the embodiment of FIG. 3E, the surface of the inclined face 222 of the second structure 220 is covered by a network of specular lines 225, namely continuous strips parallel to each other whose surface has specular reflection properties.
[0050] Ainsi, dans certains des cas précités, et notamment ceux des figures 3D et 3E, la surface de la face inclinée 222 de la deuxième structure 220 est striée.Thus, in some of the aforementioned cases, and in particular those of Figures 3D and 3E, the surface of the inclined face 222 of the second structure 220 is striated.
[0051] 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 fig. 3B), 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.According to the embodiments shown for the target 200, the pad delimiting the target 200 has on its useful face 202 the first structure 210 which occupies the bulk of the surface of the useful face 202, and within the first structure 210, an area reserved for the second structure 220. In this situation, the first structure 210 surrounds the second structure 220. More specifically, the localized zones 217 of the second portion 216 of the first structure 210 define a square that surrounds the second structure 220. According to one possible arrangement, and in the case of the embodiments of the target 200 as shown, the first structure 210 and the second structure 220 are arranged on the useful face 202 concentrically with respect to each other. to the other. Furthermore, as in the cases shown, 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. When the wafer is housed in the housing 219 of the first structure 210, its inclined face 222 is turned towards the outside of the housing 219, towards the opening 218. In this case, the second structure 220 is disposed in said housing 219 with the inclined face 222 which is is set back from the reference face of said first structure 210: this means that the inclined face 22, so the second structure 220 is disposed behind the plane delimited by the reference face 212 (relative to the direction main Z, see Fig. 3B), in the housing 219, for example from 0.05 to 2 millimeters or of the order of 0.15 millimeter. According to another possibility, not shown, the second structure 220 is disposed forward, in front of the plane defined by the reference face 212. According to yet another possibility, not shown, the second structure 220 is disposed on either side of the plane delimited by the reference face 212, namely a part of the inclined face 222 is disposed behind and the other part of the inclined face 222 is disposed forward with respect to the reference face 212.
[0052] Afin de protéger la première structure 210 et la deuxième structure 220 de l’environnement (poussières, huile, chocs ...), comme visible sur la fig. 3C, 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 fig. 3C, 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).In order to protect the first structure 210 and the second structure 220 of the environment (dust, oil, shocks ...), as shown in FIG. 3C, the target 200 comprises a protection 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. According to one possible embodiment, as shown in fig. 3C, the target 200 comprises in the form of a stack the following elements. A bottom wall 231 is surmounted by a plate 232 formed of a recessed plate at 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 plate of protection 230 closing the housing 219. The whole is surrounded by a cylindrical wall 234 retaining all of the target 200. The protection plate 230 includes the second structure 220 is for example a silicon wafer housed in the housing 219 with the inclined face 222 (carrying the raised elements 224 or specular elements 225) facing the useful face 202. The face of the plate 232 facing the useful face 202 comprises a reflective layer 233 according to two zones as previously described respectively in relation to with the first portion 214 (reflecting surface in diffuse reflection) and the second portion 216 (reflecting surface according to a specular reflection , in particular in the form of localized elements 217).
[0053] 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 en relation avec un premier objet sur lequel la cible 200 est destinée à être montée, notamment un porte-outil 310 (voir figures 5 et 6): par exemple la référence de ce porte outil 310 et d’autres informations liées à l’utilisation de ce porte-outil (par exemple son numéro de série, son type, son réglage par rapport au centre matière ou support de pièce, le nombre de fois où il a été utilisé ...).Furthermore, the target 200 may be equipped with a RFID type chip (radio frequency identification), not shown, and this to allow the storage and reading of a unique identifier and data in relation to the target 200 and in relation to a first object on which the target 200 is intended to be mounted, in particular a tool holder 310 (see FIGS. 5 and 6): for example the reference of this tool carrier 310 and other information related to the use of this tool holder (for example its serial number, its type, its adjustment relative to the material center or part support, the number of times it has been used ...).
[0054] On se reporte maintenant à la fig. 1 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. En particulier, on considère un espace 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.[0054] Referring now to FIG. 1 to present the optical system 100 associated with the target 200 which has just been described to form together an optical device 10 for measuring the relative position between two objects in the three directions of space. In particular, we consider an orthonormal space in a Cartesian coordinate system X, Y and Z, which is direct on the figures). 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 done without focusing, which allows a great speed of execution of this shooting. Other features, particularly related to the specific structure of the target 200 which has just been described, also allows maximum accuracy. The Applicant Company has provided a three-dimensional optical measuring device 10 according to the present disclosure to achieve in one half second or less a repeatable relative measurement with an accuracy of one micrometer or less.
[0055] Ce système optique 100 comprend un premier système de prise de vue 110 et un deuxième système de prise de vue 120. Selon une disposition, 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, 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 DFOI du premier système de prise de vue 110 est entre 10 et 10000, 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.This optical system 100 comprises a first camera system 110 and a second camera system 120. According to one arrangement, said optical system 100 is arranged so that the difference between the focal length of the second camera system 120 and the focal length of the first camera system 110 is between the minimum distance and the maximum distance separating the reference face 212 from the inclined face 202. According to another arrangement, the depth of field DF01 of the first system 110 is much larger and in particular at least 10 times greater than the depth of field DF02 of the second camera system 120. For example, the depth of field DFOI of the first camera system 110 is between 10 and 10,000. , or even between 100 and 5000 greater than the depth of field DF02 of the second camera system 120. Among various possibilities, the depth of field DF01 of the pr the first camera system 110 is greater than or equal to 0.8 millimeters, 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.
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.Also, according to different possibilities, the depth of field DF02 of the second camera system 120 is less than or equal to 0.1 millimeters, or it is between 5 and 50 micrometers, or it is between 8 and 30 micrometers, or although it is between 10 and 20 micrometers.
[0056] Ceci permet 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.This allows the first camera 110 to do 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 system shooting 110 may vary over a few millimeters. In parallel, the second camera system 120 is able to do naturally and without further adjustment, focusing on the portion of the inclined face 222 of the second structure 210 which is at the distance of the second camera system 120 corresponding to the focal length of the second camera system 120. According to one possibility, the magnification of the first camera system 210 is smaller than the magnification of the second camera system 220.
[0057] Chaque système de prise de vue au sens du présent texte (premier système de prise de vue 210 et deuxième système de prise de vue 220) correspond à un système optique, en particulier un système optique centré, comprenant 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. 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.Each camera system within the meaning of this text (first camera system 210 and second camera system 220) corresponds to an optical system, in particular a centered optical system, comprising a set of optical components. and an image acquisition system. Such an image acquisition system makes it possible to take photographs and / or videos, and is for example a camera or a camera, in particular a digital camera. According to one possible arrangement, the first image acquisition system 112 of the first camera system 110 and the second image acquisition system 122 of the second camera system 120 are synchronized in order to simultaneously take a first image by the first camera system 110 and a second image by the second camera system 120.
[0058] 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 1 et 2) après montage de la cible 200 sur le premier objet et montage du système optique 100 sur le deuxième objet. A cet effet, dans la position 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 (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. 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.To allow simultaneous access to the vision of the target 200 by the first camera system 210 and by the second camera system 220, the latter have a portion of common optical path that goes to and from the object viewed by the optical system 100, in this case the target 200 (see Figures 1 and 2) after mounting the target 200 on the first object and mounting the optical system 100 on the second object. For this purpose, in the measurement position, the first camera system 210 is rotated towards the useful face 202 of the target 200 and forms a camera system aligned with the target 200, and the second camera system Shooting 120 has an optical path 126 which joins the optical path 116 of the camera system 110 aligned with the target 200 and forms an eccentric shooting system with respect to the target 200, 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 target). In other words, the optical path of the image system aligned with the target 200 is substantially perpendicular to the reference face 212. The optical axis O is superimposed with the average radius of the common portion of the first optical path 116 and the second optical path 126. In this common portion, the sections of the first optical path 116 and the second optical path 126 are parallel to each other, but not necessarily superimposed.
[0059] En particulier, comme illustré sur les figures 1 et 2, le premier système de prise de vue 210 est tourné en direction de la face utile 202 de la cible 200, à savoir 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 1 et 2, 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.In particular, as illustrated in FIGS. 1 and 2, the first shooting system 210 is turned towards the useful face 202 of the target 200, namely is oriented perpendicularly with respect to the useful face 202 of the target 200. This means that 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 In this configuration, as seen in FIGS. 1 and 2, 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 the X, Y plane.
[0060] 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).In the common portion of the optical paths 116 and 126, the optical rays are at least partially merged or simply parallel to each other. The second eccentric imaging system 120 has an optical path portion 126 internal to the second imaging 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 camera system 110 aligned by a dedicated optical module 128, comprising a catoptric optical system such as a mirror 129. In this way, the input of the optical pickup system eccentric view (here the second camera system 120) is connected to the path or optical path of the aligned image system (here the first camera system 110).
[0061] D’une manière plus générale, on conçoit que l’un parmi le premier système de prise de vue 110 et le deuxième système de prise de vue 120 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 l’autre système de prise de vue parmi le premier système de prise de vue 110 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. Ceci signifie que l’autre système de prise de vue présente un axe optique qui passe par la face inclinée 222 c’est-à-dire la deuxième structure 220 de la cible 200. Egalement, 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. De plus, le système optique comporte en outre un module optique 128 (par exemple avec un système optique catoptrique tel qu’un miroir) 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. A l’inverse, le système optique 100 est agencé de sorte que le chemin optique depuis l’objet regardé (la cible 200 sur les figures 1 et 2) 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 1 et 2) 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 1 et 2).In a more general manner, it is conceivable that one of the first camera system 110 and the second camera system 120 is turned towards the useful face 202 of the target 200 and forms a the image system aligned with the target 200, and the other image system among the first image system 110 and the second image 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 an eccentric shooting system. This means that the other camera has an optical axis that passes through the inclined face 222, that is to say the second structure 220 of the target 200. Also, the first camera system 110 and the second camera system 120 are arranged in parallel with each other. In addition, the optical system further comprises an optical module 128 (for example with a catoptric optical system such as a mirror) disposed between the first camera system 110 and the second camera system 120 and configured to deviate a portion of the light rays passing through at least a portion of one of the first and second image systems to the other of the first and second image systems. In contrast, the optical system 100 is arranged so that the optical path from the viewed object (the target 200 in FIGS. 1 and 2) by the optical system 100 passes through at least a portion of one of the first 110 and the second camera system 120 (the first camera system 110 in FIGS. 1 and 2) before reaching the other one of the first camera system 110 and the second Shooting system 120 (the second camera 120 in Figures 1 and 2).
[0062] 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.In one embodiment, the focal distance of the second camera system 120 is greater than the focal length of the first camera system 110. For example, the difference between the focal length of the second camera system 120 and the focal length of the first camera system 110 is between 0.5 and 5 millimeters.
[0063] 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.In one embodiment, the magnification of the first camera system 110 is less than or equal to the magnification of the second camera system 120. For example, the magnification of the first camera system 110 is between 0.2 and 1 times the magnification of the second camera system 120. For example, the magnification of the first camera system 110 is between 0.3 and 0.8, or between 0.4 and 0.6, preferably around 0.5 times the magnification. second camera system 120.
[0064] Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, le système optique 100 comporte en outre une source de lumière 140 orientée en direction de la cible tridimensionnelle 200, cette source de lumière 140 étant disposée afin de 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.In the embodiment of FIGS. 1 and 2, the optical system 100 further comprises a light source 140 oriented in the direction of the three-dimensional target 200, this light source 140 being arranged so as to constitute a lateral illumination of the Three-dimensional target 200. For this purpose, this light source 140 is arranged eccentrically and inclined with respect to the optical path 116 + 126 of the optical system 100. In particular, the light rays of the light source 140 form with the reference 212 of the target at an angle such that their specular reflection on the reflecting surfaces of the target, and in particular on the localized areas 217, generates reflected light rays which do not penetrate into the optical system 100. Similarly, when the inclined face 222 has specular elements 225, the reflection of the light rays of the light source 140 on these specular elements 225 does pen do not go into the optical system 100.
[0065] 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.According to one embodiment, the first shooting system 210 used and the second shooting system 220 used are telecentric. As a reminder, telecentricity is a feature of an optical system in which all major rays (the central radius of each ray beam) passing through the system are substantially collimated and parallel to the optical axis. In the case of telecentric optics, the notion of depth of field is replaced by that of working distance. According to another embodiment, 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.
[0066] On se reporte maintenant aux figures 2A 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 tel 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 servant de premier objet (voir la fig. 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/desser-rage 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 servant de deuxième objet (voir la fig. 6) 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 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.Referring now to Figures 2A and 6 to expose the three-dimensional optical measurement process between the target 200 and the optical system 100, in the case of a machine tool whose machining module 300 includes such a device 10. The X, Y and Z reference directions are those of the machine tool, in particular of the machine tool frame, which gives a vertical X direction (or first transverse axis), a main horizontal direction Z (or main axis) and a lateral horizontal direction Y (or second transverse axis). The target 200 is placed on the tool holder 310 serving as the first object (see Fig. 5): the tool holder 310 extends in a horizontal main direction, corresponding to the X axis, with the possibility of rotating around this axis, a portion of the tool holder 310, for example the clamp, carries housings on its periphery, usually dedicated to the mounting of the clamping / loosening tool of the clamp, in which one can put the target 200, possibly associated with an RFID chip as previously discussed. Furthermore, the optical system 100 is mounted on the work support 320 serving as a second object (see Fig. 6) and receiving the workpiece 322. The work support 320 extends along its horizontal main direction, corresponding to the Z axis, with the possibility of turning around this axis Z. 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 to be machined close to 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). Thus, the reference face 202 of the target 200 is turned towards the input face 102 of the optical system 100.
[0067] Comme dans le cas représenté sur la fig. 6, 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 fig. 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 1 et 2A: dans ce cas, la direction Z s’étend entre la cible 200 et le système optique 100.As in the case shown in FIG. 6, the optical device 10 further comprises a third camera 130 disposed on the tool holder 310 and configured to locate the orientation of the useful face 202 of the target 200 and / or the angular orientation of the part rotating the tool holder 310, in particular around the axis X. A preliminary step is performed, positioning the target 200, before the step of simultaneous shooting with said optical system 100, according to which: has the tool holder 310 and the workpiece support 320 so that the useful face 202 of the three-dimensional target 200 is in the optical path O of the optical system 100. In particular, it is possible to use the third camera system 130 for locating the angular orientation of the target 200 relative to the rotational part of the tool holder 310, thus with respect to the axis X, which makes it possible to modify, as the case may be, the angular orientation of the rotating part of the carrier tool 3 10 (see arrow R in Fig. 6), and thus set the target 200 so that its useful face 202 is rotated towards the optical system 100. The relative measurement position is obtained in which when the target 200 is oriented in the direction of the optical system 100 as previously discussed in the case of Figures 1 and 2A: in this case, the direction Z extends between the target 200 and the optical system 100.
[0068] 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 (ou plus généralement un deuxième objet) et sur un porte-outil 310 (ou plus généralement un premier objet), on doit réaliser une étape supplémentaire, préalable, de référencement spatial de la position de la cible 200 par rapport au porte-outil 310 (ou plus généralement un premier objet) 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.During the first use of the optical device 10, namely the optical system 100 and an associated target 200 respectively mounted on a part support 320 (or more generally a second object) and a tool holder 310 (or more generally a first object), it is necessary to carry out an additional preliminary step of spatial referencing of the position of the target 200 with respect to the tool holder 310 (or more generally a first object) which carries the target 200 in the three directions X, Y and Z. It should be noted that we obviously know the parameters of the optical system 100, namely the first system 110 and the second shooting system, including their focal length. At this stage, it may be mentioned that when the working space of the machining module 300 is confined and maintained at a constant temperature, this thermal stability gives dimensional stability to the optical device 10 and therefore its parameters.
[0069] 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 (ou plus généralement un premier objet) et le support de pièce 320 (ou plus généralement un deuxième objet).It is recalled that the measurement of the three-dimensional relative position between the target 200 and the optical system 100 is used in the case of a machine tool to ultimately know the three-dimensional relative position in X, Y and Z between the door. tool 310 (or more generally a first object) and the part support 320 (or more generally a second object).
[0070] 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.In the present text, the three directions X, Y and Z are, for example, the axes of the machining module 300 of the machine tool. Thus, Z can be defined as the main axis, namely the main horizontal direction separating the first object (the tool holder 310) from the second object (part 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. In one embodiment, the tool holder 310 rotates about an axis parallel to this direction X.
[0071] 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 2A et 2B, 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 fig. 3A), 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 2A et 2B, 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. De plus, comme on le voit sur les figures 2A et 2B, 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.During this step of spatial referencing of the position in the three directions X, Y and Z of the target 200 (calibration of the optical device 10), for example with the arrangement of FIGS. 2A and 2B, a pick-up is activated. from the optical system 100, which generates on the one hand the generation by the first image acquisition system 112 of the first image system 110 of a first image of the entire useful face 202 of the target 200 with all the reference face 212 which is clear and secondly the generation by the second image acquisition system 122 of the second image system 120 of a second image of the entire inclined face 222 of the target 200 with only a net area in the form of a horizontal band. This first image comprises the image of the localized zones 217, here delimiting a square (see Fig. 3A), 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. square. Thus, since the position of the optical axis O on the first image is known, the determination of the position of the center C3 of the square makes it possible to know the position in X and Y of the target 200 with respect to the optical axis O , but also on the one hand with respect to a reference 314 in the X direction on the tool holder 310 and secondly with respect to a reference 316 in the Y direction on the tool holder 310. Indeed, as can be seen on FIGS. 2A and 2B are used as reference numeral X to a face of the tool holder 310 which is orthogonal to the X axis, for example resulting from a shoulder fitting along a portion of the tool holder 310, visible as a line on the first image and forms said reference 314 in the X direction. Moreover, as seen in FIGS. 2A and 2B, a dimension of the tool carrier 310 is used as a Y reference near the target 200, which is orthogonal to the X axis, and in the case represented which is the width (parallel in the direction Y) of the tool holder 310 near the target 200, for example the diameter when this portion of the tool holder 310 is cylindrical of circular section; this dimension forms said reference 316 in the Y direction.
[0072] En parallèle, on effectue le traitement de la deuxième image dont un exemple est visible sur la fig. 4A. Par l’analyse du contraste local de cette deuxième image (voir la fig. 4B représentant des courbes de contraste en fonction de la position en X), on détermine la position XO 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 XO (voir fig. 4A et 4B) permet d’en déduire la position ZO 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.In parallel, the second image is processed, an example of which is visible in FIG. 4A. By analyzing the local contrast of this second image (see Fig. 4B showing contrast curves as a function of the X position), the XO position in the vertical direction X of the net area of the second image is determined. This analysis is done via an algorithm to determine the sharpest pixels of the image. As 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, the knowledge of the XO position ( see Fig. 4A and 4B) allows to deduce the position ZO of the inclined face 222 on the optical axis O, and therefore the Z position of the target 200 relative to the optical system 100. Moreover, the relative position Z of the optical system 100 relative to the workpiece support 320 is known by a measurement rule (not shown) arranged along the Z axis on the workpiece support 320 and which supports the optical system 100. Similarly, the relative position in Z of the target 200 relative to the mark 314 of the tool holder 310 is known.
[0073] 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.By performing this operation multiple times by changing each time the distance Z of the workpiece support 310 relative to the tool holder 320 (for example by moving back or moving the work support 310), it is possible to reconstitute the three-dimensional image of the inclined face 222 of the target 200, and have a reference base forming a map for the three-dimensional coordinates of the inclined face 222 of the target 200 relative to the tool holder 310. Finally, c is all the useful face 202 of the target 200 (reference face 212 and inclined face 222) which is referenced spatially in the three directions X, Y and Z with respect to the tool holder 310.
[0074] 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 fig. 2A. 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 fig. 6), 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 2A) 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.Then, we can achieve the actual measurement whenever necessary during operations of use of the machining module 300 equipped with this target 200 and this optical system 100, not removed in the meantime to maintain the accuracy of the measurement of spatial referencing explained previously. For this purpose, for example with the arrangement of FIG. 2A. If necessary, rotation of the workpiece support 320 about its axis of rotation parallel to the X axis (see arrow R in Fig. 6) is performed to align the target 200 with the optical system 100. Then, one activates a shooting by the optical system 100, which generates on the one hand the generation by the first image acquisition system 112 of the first image system 110 of a first image of the whole image. useful face 202 of the target 200 with all the reference face 212 which is clear and secondly the generation by the second image acquisition system 122 of the second image system 120 of a second image of any the inclined face 222 of the target 200 with only a net zone in the form of a horizontal band corresponding to the focal length of the second camera system 120. The analysis of this first image makes it possible, as explained above, to identify the center C3 of the square f ormé by the localized elements 217, and thus the X and Y position of the target 200 with respect to the optical axis O, and also with respect to the tool holder 310. The analysis of the second image and in particular of the position of the net area of the second image (as in Figure 2A) in the X direction allows to know the Z position, so the distance, from the target 200 relative to the optical system 100. Indeed, for the second image as we know the position Z of each pixel of the image of the inclined face 222 relative to the references 314 and 316 on the tool holder 310, it is possible to very quickly measure the position Z of the target 200 and therefore the tool holder 310.
[0075] 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 du 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.It is understood from the foregoing that in this way, measurements are made very rapidly, solely by analyzing the two images generated by the optical system 100, and without loss of time that would require a setting or a focus of this optical system 100, the position X, Y and Z of the target 200 relative to the optical system 100 and from the tool holder 310 relative to the work support 320. This is possible because we know the position in X, Y and Z of the optical system 100 relative to the work support 320.
[0076] Le présent texte concerne également un système optique pour la mesure tridimensionnelle de la position relative entre un premier objet et un deuxième objet sur lequel ledit système optique est destiné à être monté, ledit système optique comprenant un premier système de prise de vue et un deuxième système de prise de vue, dans lequel: la profondeur de champ du premier système de prise de vue est au moins 10 fois supérieure à la profondeur de champ du deuxième système de prise de vue, et le système optique est agencé de sorte que le chemin optique du premier système de prise de vue et le chemin optique du deuxième système de prise de vue présentent un tronçon commun comportant le plan focal image du premier système de prise de vue et le plan focal image du deuxième système de prise de vue.The present text also relates to an optical system for the three-dimensional measurement of the relative position between a first object and a second object on which said optical system is intended to be mounted, said optical system comprising a first system of shooting and a second camera system, in which: the depth of field of the first camera system is at least 10 times greater than the depth of field of the second camera system, and the optical system is arranged so that the optical path of the first camera system and the optical path of the second camera system have a common section comprising the image focal plane of the first camera system and the image focal plane of the second camera system.
[0077] Le présent texte concerne également un procédé de mesure optique tridimensionnelle selon trois directions orthogonales X, Y et Z, entre un premier objet et un deuxième objet alignés distants l’un de l’autre dans la direction principale Z, dans lequel: - on fournit une cible tridimensionnelle comprenant sur une face utile formant une référence de positionnement, et comportant: * une première structure définissant une face de référence plane répartie entre au moins: - une première portion dont la surface est réfléchissante selon des premiers paramètres de réflexion, et - une deuxième portion dont la surface est réfléchissante selon des seconds paramètres de réflexion différents des premiers paramètres de réflexion, et * une deuxième structure présentant une face inclinée par rapport à ladite face plane de référence - on fournit un système optique comprenant un premier système de prise de vue et un deuxième système de prise de vue, dans lequel: - la profondeur de champ du premier système de prise de vue est au moins 10 fois supérieure à la profondeur de champ du deuxième système de prise de vue, et - ledit système optique est agencé d’une part de sorte que le chemin optique du premier système de prise de vue et le chemin optique du deuxième système de prise de vue présentent un tronçon commun comportant le plan focal image du premier système de prise de vue et le plan focal image du deuxième système de prise de vue, et d’autre part de sorte que la différence entre la distance focale du deuxième système de prise de vue et la distance focale du premier système de prise de vue, est comprise entre la distance minimale et la distance maximale séparant la face de référence de la face inclinée, - on positionne ladite cible tridimensionnelle sur le premier objet de sorte que d’une part la distance focale du premier système de prise de vue est apte à placer le foyer image du premier système de prise de vue sur la première structure de la cible et que d’autre part la distance focale du deuxième système de prise de vue est apte à placer le foyer image du deuxième système de prise de vue sur la deuxième structure de la cible, - on positionne ledit système optique sur le deuxième objet, - on effectue au moins une prise de vue simultanément avec le premier système de prise de vue du système optique et avec le deuxième système de prise de vue du système optique, ce par quoi, pour chaque prise de vue par le système optique, d’une part le premier système de prise de vue génère une première image de la cible permettant d’identifier sur la face de référence la position de la deuxième portion par rapport à la première portion, ce qui donne en premier lieu une première information sur la position relative selon la direction X de la cible par rapport au premier système de prise de vue et en second lieu une deuxième information sur la position relative entre la cible et le premier système de prise de vue selon la direction Y, et d’autre part le deuxième système de prise de vue génère une deuxième image de la cible comprenant une portion nette correspondant à un emplacement de la face inclinée de la deuxième structure, ce qui donne une troisième information sur la distance entre ladite cible et ledit deuxième système de prise de vue selon la direction Z.The present text also relates to a three-dimensional optical measurement method according to three orthogonal directions X, Y and Z, between a first object and a second object aligned at a distance from each other in the main direction Z, in which: a three-dimensional target comprising a useful face forming a positioning reference and comprising: a first structure defining a planar reference face distributed between at least: a first portion whose surface is reflective according to first reflection parameters; and a second portion whose surface is reflective according to second reflection parameters different from the first reflection parameters, and * a second structure having a face inclined with respect to said reference plane face - an optical system comprising a first shooting system and a second system of shooting, in leque 1: the depth of field of the first camera system is at least 10 times greater than the depth of field of the second camera system, and said optical system is arranged on the one hand so that the optical path of the first camera system and the optical path of the second camera system have a common section comprising the image focal plane of the first camera system and the image focal plane of the second camera system, and on the other hand, so that the difference between the focal length of the second camera system and the focal length of the first camera system is between the minimum distance and the maximum distance separating the reference face from the inclined face, positioning said three-dimensional target on the first object so that on the one hand the focal length of the first camera system is able to place the image focus of the first camera system of view on the first structure of the target and that secondly the focal length of the second camera system is able to place the image focus of the second camera system on the second structure of the target, - is positioned said optical system on the second object, - at least one shooting is carried out simultaneously with the first system of shooting of the optical system and with the second system of shooting of the optical system, whereby, for each capture of seen by the optical system, firstly the first camera system generates a first image of the target to identify on the reference face the position of the second portion relative to the first portion, which gives firstly a first information on the relative position in the X direction of the target relative to the first system of shooting and secondly a second information on the relative position between the target and the first image system in direction Y, and secondly the second image system generates a second image of the target comprising a net portion corresponding to a location of the inclined face of the second structure, which gives a third information on the distance between said target and said second shooting system in the Z direction.
[0078] Comme déjà exposé précédemment, le système optique génère donc la première image et la deuxième image de manière synchronisée. De plus, le système optique 100 génère la première image et la deuxième image sans réaliser de mise au point, ce qui permet d’effectuer la prise de vue de manière immédiate et sans perte de temps.As already explained above, the optical system thus generates the first image and the second image in a synchronized manner. In addition, the optical system 100 generates the first image and the second image without focusing, which allows shooting immediately and without loss of time.
[0079] Le présent texte concerne également une machine-outil comportant une cible optique telle que définie précédemment, ainsi qu’une machine-outil comportant un système optique tel que défini précédemment. Le présente texte concerne également une machine-outil comprenant un module d’usinage équipé d’un porte-outil et d’un support de pièce, et un dispositif optique de mesure pour la mesure tridimensionnelle de la position relative entre ledit porte-outil et ledit support de pièce, ledit dispositif optique de mesure comprenant un système optique monté sur le support de pièce et une cible montée sur le porte-outil et comprenant une face utile formant une référence de positionnement apte à se placer dans l’axe optique du système optique. Par exemple, le dispositif optique de mesure est configuré pour permettre par une unique étape de prise de vue de la cible par le système optique de déterminer la position relative tridimensionnelle entre le support de la pièce à usiner et le porte-outil. Egalement, selon une disposition possible, la cible est disposée de sorte que le plan focal image du système optique puisse être confondu avec la face utile de la cible.The present text also relates to a machine tool comprising an optical target as defined above, and a machine tool comprising an optical system as defined above. The present text also relates to a machine tool comprising a machining module equipped with a tool holder and a workpiece support, and an optical measuring device for the three-dimensional measurement of the relative position between said tool holder and said workpiece support, said optical measuring device comprising an optical system mounted on the workpiece support and a target mounted on the toolholder and comprising a useful face forming a positioning reference adapted to be placed in the optical axis of the system optical. For example, the optical measuring device is configured to allow by a single step of shooting the target by the optical system to determine the three-dimensional relative position between the support of the workpiece and the tool holder. Also, in a possible arrangement, the target is arranged so that the image focal plane of the optical system can be confused with the useful face of the target.
Numéros de référence employés sur les figures [0080] X Direction verticale (premier axe transversal) Y Direction horizontale latérale (deuxième axe transversal) Z Direction horizontale principale séparant premier objet du deuxième objet (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 200 Cible tridimensionnelle 202 Face utile 210 Première structure 212 Face de référence 214 Première portion (surface réfléchissante selon une réflexion diffuse) 216 Deuxième portion (surface réfléchissante selon une réflexion spéculaire) 217 Zones localisées 218 Ouverture 219 Logement 220 Deuxième structure 222 Face inclinée 224 Éléments en relief 225 Éléments spéculaires 230 Plaque de protection transparente 231 Paroi de fond 232 Platine 233 Couche réfléchissante 234 Paroi cylindrique 100 Système optique O Axe optique 102 Face d’entrée du système optique 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) 300 Module d’usinage 310 Porte-outil (premier objet) 312 Outil 314 Repère en X sur le porte-outil 316 Repère en Y sur le porte-outil 320 Support de pièce ou broche matière (deuxième objet) 322 Pièce à usiner (matière)Reference numbers used in figures [0080] X Vertical direction (first transverse axis) Y Horizontal lateral direction (second transverse axis) Z Horizontal main direction separating first object from second object (Main axis) C1 Diagonal C2 Diagonal C3 Center a Angle of the inclined face R Arrow for the rotation of the tool holder and the target 10 Optical device 200 Three-dimensional target 202 Useful face 210 First structure 212 Reference face 214 First portion (reflective surface in diffuse reflection) 216 Second portion (reflecting surface according to specular reflection) 217 Localized zones 218 Opening 219 Housing 220 Second structure 222 Inclined face 224 Embossed elements 225 Specular elements 230 Transparent protection plate 231 Bottom wall 232 Platinum 233 Reflective layer 234 Cylindrical wall 100 Optical system O Optical axis 102 Front side 110 P optical system input first shot system DOF1 Depth of field of the first camera system F1 Image plane of the first camera system 112 First camera system 116 Optical path of the first camera system 120 Second system F2 Focal plane image of the second camera system DOF2 Depth of field of the second camera system 122 Second image acquisition system 126 Optical path of the second camera system 128 Optical module with system Catoptric Optics 129 Mirror 130 Third Shooting System 140 Light Source (Side Illumination) 300 Machining Module 310 Tool Holder (First Object) 312 Tool 314 X Mark on Toolholder 316 Y Mark on Door tool 320 Workpiece support or material spindle (second object) 322 Workpiece (material)
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