CN103499870A - 一种高像素模组的自动调焦设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高像素模组的自动调焦设备，包括工作台机架和设置在工作台机架上的控制面板、调焦测试区域，所述调焦测试区域设置有调焦测试工位、调焦光源、污坏点光源、CCD镜头、高度传感器和调整调焦光源高度的调焦手轮，所述调焦测试工位通过电机能够实现对模组的精确定位控制，并设置有用于调节调焦手轮的调焦机构。所述自动调焦设备可以大幅提升高像素模组的调焦效率，保证产品调焦的一致性，同时可以对模组进行污坏点检测，操作简单方便，自动化程度高。

Description

一种高像素模组的自动调焦设备

技术领域

本发明涉及一种调焦检测设备，尤其是涉及一种高像素模组的自动调焦及污坏点检测设备。

背景技术

目前随着人们对电子拍照画面的清晰度要求越来越高，高像素摄像头模组已逐渐成为市场的新宠，这促使各模组厂家纷纷开始进军高像素模组领域。而高像素模组的调焦敏感程度高，导致人工调焦效果和效率低下，往往会出现本身合格的模组却出现调焦NG，降低了良率，从而影响出货数量，并提高了制造成本。

目前投入的半自动调焦设备（CCM机台）由于本质上仍是采用人工调焦的方法，故存在如下缺陷：1、生产效率低，一般人工调焦效率UPH：140pcs（5M），120pcs（8M），70PCS(13M)；2、由于调焦爪和模组采用人工对准、插入方式，故经常不能一次性到位，导致工时延长，甚至刮伤模组端面；3、人工调焦旋转角度不易掌控，导致调焦效果一致性差；4、操作人员多，工作强度大，造成空间占用率和员工疲劳度增加。

发明内容

本新发明提供的的自动调焦设备能够解决以上问题，克服了人工操作效率低、调焦效果差的问题，其技术方案如下所述：

一种高像素模组的自动调焦设备，包括工作台机架和设置在工作台机架上的控制面板、调焦测试区域，所述调焦测试区域设置有调焦测试工位、调焦光源、污坏点光源、CCD镜头、高度传感器和调整调焦光源高度的调焦手轮，所述调焦测试工位通过电机能够实现对模组的精确定位控制，并设置有用于调节调焦手轮的调焦机构。

所述工作台机架的顶部设置有顶盖，上半部设置有双开黑色玻璃侧门，中间设置有工作台面，所述调焦测试区域位于工作台面上，所述工作台面的前下方设置有键盘托，所述工作台机架下半部的四周设置有铁板侧门，底部设置有移动及固定设备的脚轮。

所述控制面板设置在调焦测试区域的上方，包括控制调焦测试工位启动的电脑开关、用于程序更新的USB接口、显示器、控制设备供电的总开关以及使设备暂停的急停开关。

所述调焦测试区域设置有两个调焦测试工位，每个调焦测试工位对应一个污坏点光源，并共用调焦光源。

所述调焦测试区域设置有支撑板，用于支撑CCD镜头、高度传感器和污坏点光源，所述CCD镜头用于对模组和调焦手轮的中心和角度位置进行补偿，所述高度传感器用于测量其至模组端面的高度，并补偿调焦手轮下降至模组的高度。

所述调焦测试区域设置有与调焦手轮相连接的螺杆、与螺杆相连接的锥齿轮、与锥齿轮相连接的传动杆，所述传动杆与调焦光源相连接，所述调焦手轮通过螺杆、锥齿轮和传动杆调节调焦光源的高度。

所述调焦测试区域设置有用于模拟实际对焦距离效果的增距镜，以及用于定位调焦光源高度的导轴，所述导轴用脚座固定。

所述调焦测试工位包括测试工位主板、复位按钮、启动按钮、原点开关、电机、坦克链、压盖机构、固定PCIE工装的工装治具、XY平移台、挡光板、稳固电机轴的龙门架、调焦机构，所述坦克链用于保护线路，所述压盖机构用于摆放并压紧模组，所述XY平移台用于调节工装治具的前后左右位置。

所述调焦机构包括主动轮、从动轮、皮带、调焦电机、支撑整个调焦机构的调焦座固定板、以及与调焦座固定板采用轴承配合的调焦轮固定座，所述主动轮由调焦电机驱动，所述从动轮通过皮带由主动轮控制，所述调焦轮固定座用于固定调焦轮并衔接有从动轮。

所述调焦机构还包括张紧杆，用于调节皮带张力。

所述自动调焦设备可以大幅提升高像素模组的调焦效率，保证产品调焦的一致性，同时可以对模组进行污坏点检测。

附图说明

图1是本发明高像素模组的自动调焦设备的实施例立体示意图；

图2是实施例的框架示意图；

图3是实施例的内部结构图；

图4是实施例的调焦测试区域示意图；

图5是实施例的调焦测试工位示意图；

图6是实施例的调焦机构示意图；

图7是实施例的控制面板示意图；

图8是实施例中的操作步骤示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明提供的高像素模组的自动调焦设备由控制面板100、调焦测试区域200和工作台机架300组成。

所述工作台机架3上安装有301～306部件，其顶部安装有顶盖301；机架上半部安装3扇双开黑色玻璃侧门302，可以在方便监视设备运行状态的同时，避免外界光的干扰；中间安放两块工作台面303，作为支撑两个调焦测试工位的平台；工作台面303前下方设置有键盘托304，用以摆放键盘；机架下半部四周安装铁板侧门305，用以保护设备内部电气模块及走线；最下面是4个脚轮306，用以移动及固定设备。

如图3所示，所述工作台面303上安装有调焦测试工位1和调焦测试工位2，光源11为调焦光源，光源21和光源22为污坏点光源。在调焦测试工位上分别装有工装主板13、工装主板23，两个调焦测试工位的间距为470mm，以兼顾MTF和SFR标板，且呈镜像对称分布，具有较强的独立性，采用的独立走线方式，在结构和电气上都不会互相干扰，即任意一个调焦测试工位在调焦或者测试的时候，随时可以启动或关闭另一工位，另外增加了设备整体美观度。

每个调焦测试工位设有1个调焦位置及1个污坏点测试位置，分别位于调焦光源11及污坏点光源下，每个光源的亮度可以根据测试光照要求做相应的调节，其中调焦光源11的高度也可以根据调焦模组的要求而改变，能满足不同特点产品。

所述调焦测试工位在“调焦位置”的光源采用共用方式，“污坏点测试位置”的光源独立，充分提高空间利用率。

如图4所示，所述调焦测试区域包括支撑板201、支撑板202、CCD镜头203、CCD镜头204、高度传感器205、高度传感器206、增距镜207、增距镜208、调焦手轮212、配合螺杆211、锥齿轮209、传动杆210、导轴213、脚座214、污坏点光源21和污坏点光源22。

所述高度传感器采用Laser高度传感器，利用激光测距。

所述支撑板201用于支撑CCD镜头203、高度传感器205和污坏点光源21，同样的，所述支撑板202用于支撑CCD镜头204、高度传感器206及污坏点光源22。

所述CCD镜头203和CCD镜头204拍摄模组端面并进行特征识别，用来进行模组和调焦手轮212的中心和角度位置补偿。所述高度传感器205和206为激光高度传感器，用于测量其至模组端面的高度，补偿调焦手轮212下降至模组的高度。增距镜207和208用来模拟实际对焦距离的效果。

采用CCD镜头和高度传感器是为了实现自动化的精确调焦，而采用的机器视觉及激光测距两种补偿手段，机器视觉负责保证调焦爪与镜头在圆心和角度上的匹配性，激光测距能精确度量调焦爪插入镜头凹槽的深度。此两项功能在实现设备自动化的同时可以有效避免调焦爪对于镜头端面的划伤。可以说，这两个补偿手段的运用是实现自动化调焦的首要前提。所述CCD相机进行模组花瓣的识别，不只是一种手段，更重要的目的是经CCD识别后可以获取模组当前圆心位置和花瓣角度数据，这样就可以通过软件计算出调焦爪头要与模组匹配而需要补偿的位移量，从而控制电机运动至目标位置。

在增距镜上利用衬套结构能够实现3X、4X、5X增距镜的通用，在设计上，每个工位配备CCD影像系统和Laser高度传感器，能够保证调焦爪子与模组的精确插入。进一步的，保证模组与CCD、增距镜相平行，可以提高CCD特征识别的准确性及成像视野的对心程度。

利用调焦手轮212，再配合螺杆211、锥齿轮209、传动杆210可以上下调节调焦光源11的高度。先利用一侧的调焦手轮212带动螺杆211旋转，并通过锥齿轮209和传动杆210将扭力传递到另一侧的螺杆211，使之旋转，从而起到了两侧同时调节光源高度的作用。其中所用标板摆放在调焦光源11的抽屉中，并利用锁扣固定，需要更换标板时，可以打开锁扣，拉出抽屉。

进一步的，利用刻有刻度值的导轴213，可以定位调焦光源11的高度。并用脚座214固定导轴213。

调焦测试工位细节如图5所示，包括测试工位主板、复位按钮401、启动按钮402、原点开关403、电机404、坦克链405、压盖机构406、固定PCIE工装的工装治具407、XY平移台408、挡光板409、龙门架410和调焦机构411。

当系统出错或人工调试时，按下复位按钮401，工装主板自动退回到启动位置，各电机回原点位置。在摆放好模组之后，按下启动按钮402，工装主板自动按照程序设定步骤完成调焦及污坏点测试。原点开关403作为电机404的初始位置，即对应轴的坐标原点。电机404用来实现X\Y\Z\U轴的精确定位控制，其中X轴是前后方向，Y轴是左右方向，Z轴是上下方向，U轴是旋转方向。龙门架410作为Y\Z\U轴的支撑平台，对电机轴起到稳固及抬升高度的作用。

坦克链405用与保护各类电源线及信号线，避免因机械轴的运动而拉扯断裂。压盖机构406用于摆放并压紧模组，保证调焦过程中模组的位置固定。

XY平移台408用于调节工装治具407的前后、左右位置，保证不同产品的调焦及测试通用性。模组与工装主板的连接采用连接器配合转接板的形式，与以往的插针接触式相比，可以有效避免针脚歪斜、下陷、污垢等引起的接触不良。进一步的，在测试区域内的材料全部进行发黑处理，并利用挡光板409遮挡X轴电机丝杆，以减少反射光线对测试结果的影响。

而调焦机构411利用电机带动同步轮，固定在同步轮上的调焦手轮跟着一起运动，如图6所示，所述调焦机构411包括主动轮505、从动轮504、皮带506、调焦电机501、调焦轮502、调焦座固定板508、调焦轮固定座503、张紧杆507。

调焦座固定板508是支撑整个调焦机构的平台，调焦轮固定座503用于固定调焦轮502并衔接从动轮504，与调焦座固定板508之间采用轴承配合。所述调焦电机501是调焦轮502旋转运动的动力电机，调焦电机501带动主动轮505旋转，所述主动轮505配合皮带506把调焦电机501的旋转动力传递至从动轮504，装有调焦轮502的固定座503同时与从动轮504固定，使得从动轮504、调焦轮固定座503、调焦轮502三者可以一起转动，调焦轮502用于控制调焦手轮212的上升下降。进一步的设置有张紧杆507，用于调节皮带506张力，使电机正反转时，不出现皮带506空跑现象。

进一步的，调焦主动轮505与从动轮504采用1：1传递比，解决设备异常情况断电重启后调焦轮502有可能回不到初始位置问题。

如图7所示，所述控制面板100包括电脑开关101、USB接口102、显示器103、总开关104以及急停开关105。

所述电脑开关101用于控制两个工位各自电脑的开启；所述USB接口102用于连接USB设备，方便程序更新；所述显示器103用于显示调焦和污坏点测试的程序判定结果；所述总开关104用于打开和切断除了电脑之外的所有设备供电；所述急停开关105用于当出现程序或设备异常时，控制4个轴的电机停转。

本发明具体的测试流程可参见图8，具体操作如下所述：

步骤1：在工装主板13、工装主板23上分别放置测试产品，将模组固定在工装主板上之后，按下起动键；

步骤2：工装主板首先自动运动到CCD位置，此步骤中，CCD相机计算出模组镜头的圆心及角度值，将数据回传给计算机程序，程序将模组镜头圆心及角度数据与已知的调焦手轮初始圆心及角度分别做比较，计算出两者各自的差值，并将此差值利用电机去补偿，最终实现模组镜头与调焦手轮的匹配。通过CCD对模组花瓣进行特征识别，如识别NG，程序警告“获取视觉数据出错”，工装主板退回到启动位置，如识别OK，CCD获取模组中心和花瓣角度位置，从而对工装主板在X轴的运动位置及调焦首轮在Y轴、U轴位置进行补偿，同时工装主板自动向Laser高度侦测位置运动；

步骤3：工装主板到达Laser高度侦测位置，此步骤中，高度传感器测量自身到模组镜头端面的距离，根据不同距离（因为模组来料时镜头不在同一高度），调整Z轴电机下降的距离。Laser高度传感器测量其至模组端面的高度值，如测量NG（未能识别特征），模组位置不动，程序警告“高度超出范围”，此时点确认，工装主板退回到启动位置，如测量OK，测得的高度值对调焦手轮Z轴位置进行补偿,同时工装主板自动向调焦位置运动；

步骤4：工装主板到达调焦位置后，模组直接运动到经过位置补偿之后的调焦手轮下，接着调焦手轮下降插入模组镜头四周的凹槽中（具体插入深度由于不同模组镜头不一样，可以由程序参数设置），在调焦手轮根据之前的位置补偿准确插入模组后进行调焦，如调焦NG（超出量程范围），程序显示“不合格”，此时点确认，工装主板退回到启动位置，如测量OK，工装主板自动向污坏点测试位置运动；

步骤5：调焦过程完成，工装主板到达污坏点测试位置后，进行有无污坏点测试，如测量NG，工装主板退回到启动位置,程序显示“NG”，如测量OK，工装主板退回到启动位置,程序显示“OK”。

步骤6：员工从工装主板上取下产品，根据测试结果，分别放置到对应的位置，测试完毕。

步骤7：重复步骤1～步骤6，继续测试其他产品。

在步骤4中，待调焦手轮插入至镜头凹槽后，正式开始调焦动作，其应用的调焦方法可以选择多种调焦方法，在此，本设备应用的是基于镜头视场角变化原理的快速自动调焦，具体步骤如下所述：

步骤1）首先对目标图像进行分析，所述目标图像是满足方法要求的测试标板，在测试标板上设置至少两个特征点；

步骤2）然后计算出镜头的离焦距离，即计算模组的镜头在焦点时的图像特征和特征变化率，操作方法为：

选择一个测试摄像头模组，调整测试摄像头模组到测试标板的初始距离，使特征点在测试摄像头模组的拍摄范围内，并将测试摄像头模组手动调整到焦距位置，测量与测试摄像头模组连接的图像设备显示的特征点距离的初始长度；

将测试摄像头模组移动一定距离，使特征点仍在测试摄像头模组的拍摄范围内，测量图像设备显示的特征点距离发生变动后的长度，并计算出特征点距离的长度随镜头移动距离的线性变化率，所述变化率是特征点变动后的长度减去初始长度后与移动的距离的比值；

步骤3）计算出当前待测模组的镜头到焦点需要移动的距离，将待测摄像头模组放置在测试位置，测量当前摄像头模组的特征点长度，并根据其到测试标板的测试距离、步骤2）中的初始距离、特征点初始长度以及变化率，就能计算出当前摄像头模组的焦距位置，然后通过控制调焦设备的机械部分，将镜头快速调整到焦距位置；

步骤4）并采用分段微调方法对镜头进行精确调整，直至模组的图像清晰度达到预设的标准，从而实现快速自动调焦。

本发明提供的高像素模组的自动调焦设备提升了测试效率，为普通测试机台的2.5～3倍，并且设计的“调焦位置”光源共用，减少了占用空间，“污坏点测试位置”光源独立，减少光源面积，降低成本。进一步的提高产品调焦效果及污坏点测试一致性。而且操作简单方便，自动化程度高。

Claims (10)

1.一种高像素模组的自动调焦设备，其特征在于：包括工作台机架和设置在工作台机架上的控制面板、调焦测试区域，所述调焦测试区域设置有调焦测试工位、调焦光源、污坏点光源、CCD镜头、高度传感器和调整调焦光源高度的调焦手轮，所述调焦测试工位通过电机能够实现对模组的精确定位控制，并设置有用于调节调焦手轮的调焦机构。

2.根据权利要求1所述的高像素模组的自动调焦设备，其特征在于：所述工作台机架的顶部设置有顶盖，上半部设置有双开黑色玻璃侧门，中间设置有工作台面，所述调焦测试区域位于工作台面上，所述工作台面的前下方设置有键盘托，所述工作台机架下半部的四周设置有铁板侧门，底部设置有移动及固定设备的脚轮。

3.根据权利要求1所述的高像素模组的自动调焦设备，其特征在于：所述控制面板设置在调焦测试区域的上方，包括控制调焦测试工位启动的电脑开关、用于程序更新的USB接口、显示器、控制设备供电的总开关以及使设备暂停的急停开关。

4.根据权利要求1所述的高像素模组的自动调焦设备，其特征在于：所述调焦测试区域设置有两个调焦测试工位，每个调焦测试工位对应一个污坏点光源，并共用调焦光源。

5.根据权利要求1所述的高像素模组的自动调焦设备，其特征在于：所述调焦测试区域设置有支撑板，用于支撑CCD镜头、高度传感器和污坏点光源，所述CCD镜头用于对模组和调焦手轮的中心和角度位置进行补偿，所述高度传感器用于测量其至模组端面的高度，并补偿调焦手轮下降至模组的高度。

6.根据权利要求1所述的高像素模组的自动调焦设备，其特征在于：所述调焦测试区域设置有与调焦手轮相连接的螺杆、与螺杆相连接的锥齿轮、与锥齿轮相连接的传动杆，所述传动杆与调焦光源相连接，所述调焦手轮通过螺杆、锥齿轮和传动杆调节调焦光源的高度。

7.根据权利要求1所述的高像素模组的自动调焦设备，其特征在于：所述调焦测试区域设置有用于模拟实际对焦距离效果的增距镜，以及用于定位调焦光源高度的导轴，所述导轴用脚座固定。

8.根据权利要求1所述的高像素模组的自动调焦设备，其特征在于：所述调焦测试工位包括测试工位主板、复位按钮、启动按钮、原点开关、电机、坦克链、压盖机构、固定PCIE工装的工装治具、XY平移台、挡光板、稳固电机轴的龙门架、调焦机构，所述坦克链用于保护线路，所述压盖机构用于摆放并压紧模组，所述XY平移台用于调节工装治具的前后左右位置。

9.根据权利要求1所述的高像素模组的自动调焦设备，其特征在于：所述调焦机构包括主动轮、从动轮、皮带、调焦电机、支撑整个调焦机构的调焦座固定板、以及与调焦座固定板采用轴承配合的调焦轮固定座，所述主动轮由调焦电机驱动，所述从动轮通过皮带由主动轮控制，所述调焦轮固定座用于固定调焦轮并衔接有从动轮。

10.根据权利要求9所述的高像素模组的自动调焦设备，其特征在于：所述调焦机构还包括张紧杆，用于调节皮带张力。

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