CN109739006A - 一种透镜贴合系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学器件安装领域，公开了一种透镜贴合系统及方法，其中系统包括：精确定位系统；精确定位系统包括空间电动滑台和工业相机组件，工业相机组件设置在空间电动滑台的底部，工业相机组件用于对下方的料盒或底座的精确位置进行判断，空间电动滑台的底部还设置有抓取装置，料盒用于放置透镜。本发明提供的一种透镜贴合系统及方法，设置空间电动滑台可带动抓取装置在空间移动，便于自动移动至料盒以及底座处；设置工业相机组件，可对料盒和底座的位置进行精确的判断，可使得抓取装置有效的抓取透镜以及将透镜贴合在底座上；该系统可自动实现透镜的贴合，减少人工劳动强度，提高精确度和效率。

Description

一种透镜贴合系统及方法

技术领域

本发明涉及光学器件安装领域，特别是涉及一种透镜贴合系统及方法。

背景技术

近年来，开发了将偏光板、透镜片等光学薄膜、片(以下将这些统称为光学片)贴合到玻璃基板等底座上而制作薄型显示面板等各种器件的方法。在半导体激光器中，为了实现聚光也往往需要将透镜贴合在芯片上。将光学片贴合到底座上，可便于对光学片进行布置，该技术已经被广泛使用。

透镜贴合即将透镜贴合设置在相应底座上，从而通过对底座进行布置实现对透镜的布置，可便于对透镜进行精确布置。现有透镜贴合工艺中，大多采用人工操作。具体为：人工将装有透镜的料盒放置在抓取装置的下方，可设置卡槽等对料盒进行定位；然后通过抓取装置抓取透镜；然后人工将底座放置在抓取装置的下方，抓取装置将透镜放置在底座上，完成透镜与底座的贴合。

现有的透镜贴合工艺人工依赖度较高，劳动力需求较大且效率较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种透镜贴合系统及方法，用于解决或部分解决现有的透镜贴合工艺人工依赖度较高，劳动力需求较大且效率较低的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，根据本发明第一方面，提供一种透镜贴合系统，包括：精确定位系统；所述精确定位系统包括空间电动滑台和工业相机组件，所述工业相机组件设置在所述空间电动滑台的底部，所述工业相机组件用于对下方的料盒或底座的精确位置进行判断，所述空间电动滑台的底部还设置有抓取装置，所述料盒用于放置透镜。

在上述方案的基础上，所述空间电动滑台包括X轴滑台、Y轴滑台和Z轴滑台；所述X轴滑台水平设置且顶部与机架固定连接，所述Y轴滑台水平且与所述X轴滑台垂直设置，所述Y轴滑台与所述X轴滑台的滑块固定连接，所述Z轴滑台竖直设置且与所述Y轴滑台的滑块固定连接；设置连接板与所述Z轴滑台的滑块固定连接，所述工业相机组件和所述抓取装置通过所述连接板进行固定。

在上述方案的基础上，所述工业相机组件包括：工业相机和图像分析模块；所述工业相机用于获取下方料盒中透镜或底座的图像，所述图像分析模块用于根据所述图像判断透镜或底座的位置。

在上述方案的基础上，所述抓取装置包括：负压吸盘；在所述连接板的底部连接轴向为竖直方向的回转台，所述负压吸盘设置在所述回转台的底部；所述回转台的底部还设置有压力传感器。

在上述方案的基础上，一种透镜贴合系统还包括：点胶组件和第一光源；所述点胶组件和所述第一光源分别与连接板固定连接，所述点胶组件用于在所述底座上设置紫外胶水，所述第一光源用于固化所述紫外胶水。

在上述方案的基础上，所述点胶组件包括竖直设置的点胶气缸以及与所述点胶气缸连接的胶筒，所述胶筒底部与胶针连接。

在上述方案的基础上，一种透镜贴合系统还包括：设置在所述精确定位系统下方的粗定位系统；所述粗定位系统包括第一运动平台和第二运动平台；所述第一运动平台通过机架固定且提供水平运动，在所述第一运动平台上连接所述第二运动平台，所述第二运动平台同时提供与所述第一运动平台的运动方向相垂直的水平运动；所述料盒和所述底座放置在所述第二运动平台上；所述料盒的下方设置第二光源。

在上述方案的基础上，沿所述第一运动平台的运动方向间隔设置若干个第一定位传感器；沿所述第二运动平台的运动方向间隔设置若干个第二定位传感器。

根据本发明的第二方面，提供一种利用上述任一方案所述透镜贴合系统的透镜贴合方法，包括：移动粗定位系统，使得料盒位于精确定位系统的下方；工业相机组件判断料盒中透镜与抓取装置间的精确位置偏差；移动精确定位系统，使得抓取装置抓取透镜；移动粗定位系统，使得底座位于精确定位系统的下方；工业相机组件判断底座上的工位与点胶组件间的精确位置偏差；移动精确定位系统，通过点胶组件在底座上的工位处点胶；移动精确定位系统，抓取装置将透镜放置在底座上的工位处。

在上述方案的基础上，抓取装置将透镜放置在底座上的工位处具体包括：移动精确定位系统，使得底座上工位的几何中心与抓取装置的几何中心上下对应；将抓取装置抓取的透镜下压在底座上的工位处；并通过压力传感器监测透镜下压的压力值，使得透镜下压的压力达到预设压力值；照射透镜和底座使胶水固化预设时间后，抓取装置释放透镜。

(三)有益效果

本发明提供的一种透镜贴合系统及方法，设置空间电动滑台可带动抓取装置在空间移动，便于自动移动至料盒以及底座处；设置工业相机组件，可对料盒和底座的位置进行精确的判断，可使得抓取装置有效的抓取透镜以及将透镜贴合在底座上；该系统可自动实现透镜的贴合，减少人工劳动强度，提高精确度和效率。

附图说明

图1为本发明实施例中精确定位系统的示意图；

图2为本发明实施例中精确定位系统的立体示意图；

图3为本发明实施例中粗定位系统的示意图。

附图标记说明：

1—机架； 2—X轴滑台； 3—Y轴滑台；

4—Z轴滑台； 5—连接板； 6—工业相机组件；

7—胶筒； 8—点胶气缸； 9—胶针；

10—回转台； 11—负压吸盘； 12—第一底板；

13—第一电机； 14—第一丝杠； 15—第一滑轨；

16—第二底板； 17—第二电机； 18—第二丝杠；

19—第二滑轨； 20—第一定位传感器； 21—第二定位传感器；

22—操作底板； 23—底座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据本发明实施例提供一种透镜贴合系统，参考图1和图2，该系统包括：精确定位系统；精确定位系统包括空间电动滑台和工业相机组件6。工业相机组件6设置在空间电动滑台的底部。工业相机组件6用于对下方料盒或底座23的精确位置进行判断。空间电动滑台的底部还设置有抓取装置。料盒用于放置透镜。

本实施例提供的一种透镜贴合系统，针对现有透镜贴合在底座23上往往需要手动定位贴合的情况，旨在提供一种透镜可自动贴合在底座23上的系统。透镜放置在料盒中。可在料盒中阵列放置，形成透镜矩阵。底座23上可设置用于贴合透镜的工位。也可多个底座23阵列放置在托盘中，形成底座23矩阵。

该系统中的精确定位系统设置在料盒和底座23的上方。空间电动滑台用于带动工业相机组件6以及抓取装置进行空间移动。工业相机组件6可朝下拍摄料盒或底座23的图像，进而对料盒和底座23的位置进行精确判断。

可利用工业相机组件6首先判断料盒的精确位置。然后通过空间电动滑台带动抓取装置到达料盒处、进而抓取料盒中的透镜。然后，空间电动滑台可带动抓取了透镜的抓取装置到达底座23附近。然后通过工业相机组件6判断底座23上工位的精确位置。进而空间电动滑台可带动抓取装置到达底座23工位处，将透镜贴合放置在底座23的相应工位处。

进一步地，可根据料盒和底座23的位置，预设空间电动滑台到达料盒或底座23处的移动轨迹。空间电动滑台可先根据预设定位到达料盒或底座23处，然后再通过工业相机组件6进行精确定位。

本实施例提供的一种透镜贴合系统，设置空间电动滑台可带动抓取装置在空间移动，便于移动至料盒以及底座23处；设置工业相机组件6，可对料盒和底座23的位置进行精确的判断，可使得抓取装置有效的抓取透镜以及将透镜贴合在底座23上；该系统可自动实现透镜的贴合，减少人工劳动强度，提高精确度和效率。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例对空间电动滑台的结构进行了具体说明。空间电动滑台包括X轴滑台2、Y轴滑台3和Z轴滑台4，可提供三维移动。X轴滑台2水平设置且顶部与机架1固定连接。Y轴滑台3水平且与X轴滑台2垂直设置。Y轴滑台3与X轴滑台2的滑块固定连接。Z轴滑台4竖直设置且与Y轴滑台3的滑块固定连接。

设置连接板5与Z轴滑台4的滑块固定连接。工业相机组件6和抓取装置通过连接板5进行固定。设置连接板5，可便于工业相机组件6、抓取装置以及其他相关部件的设置。

通过与连接板5固定连接，连接板5可在Z轴滑台4的滑块的带动下沿竖直方向移动。同时与Z轴滑台4一体又可在Y轴滑台3的滑块的带动下沿水平方向移动。同时连接板5、Z轴滑台4和Y轴滑台3又可一体在X轴滑台2的滑块的带动下沿另一水平方向移动。从而连接板5上的部件可进行三维移动。

在上述实施例的基础上，进一步地，工业相机组件6包括：工业相机和图像分析模块。工业相机用于获取下方料盒中透镜或底座23的图像。图像分析模块用于根据图像判断透镜或底座23的位置。

图像分析模块可根据工业相机拍摄的图像，计算透镜与工业相机之间的位置偏差值。进而，可获得透镜与其他部件例如：抓取装置等之间的位置偏差值。

在上述实施例的基础上，进一步地，抓取装置包括：负压吸盘11。设置负压吸盘11通过负压吸取透镜，较适合用于对透镜进行吸取固定。

进一步地，在连接板5的底部连接轴向为竖直方向的回转台10。回转台10可绕竖直方向旋转。负压吸盘11设置在回转台10的底部。回转台10可带动负压吸盘11进行转动。在负压吸盘11吸取透镜时，可适应透镜的微小角度偏差，保证有效的吸取固定透镜。

回转台10的底部还设置有压力传感器。在负压吸盘11吸取透镜将透镜压向底座23上时，压力传感器可实时监测负压吸盘11下压的压力，便于对负压吸盘11下压透镜的力度进行控制，可防止透镜被压碎，实现透镜与底座23更好的贴合。

在上述实施例的基础上，进一步地，一种透镜贴合系统还包括：点胶组件和第一光源。点胶组件和第一光源分别与连接板5固定连接。可与连接板5一体进行三维移动。在透镜贴合在底座23上时，往往需要在二者之间设置紫外胶水，以保证透镜和底座23间的牢固贴合。

点胶组件用于在底座23上设置紫外胶水。在抓取装置抓取透镜之后，可通过点胶组件向底座23上点设紫外胶水。然后再将透镜贴合在底座23上。第一光源用于固化紫外胶水。可在透镜贴合在底座23上之后，通过第一光源照射紫外胶水，使其固化。

在上述实施例的基础上，进一步地，点胶组件包括竖直设置的点胶气缸8以及与点胶气缸8连接的胶筒7，胶筒7底部与胶针9连接。胶筒7通过箍头与点胶气缸8可拆卸连接。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图3，一种透镜贴合装置还包括：设置在精确定位系统下方的粗定位系统。粗定位系统包括

第一运动平台和第二运动平台。第一运动平台通过机架1固定且提供水平运动。在第一运动平台上连接第二运动平台。第二运动平台同时提供与第一运动平台的运动方向相垂直的水平运动。

粗定位系统用于提供二维直线移动。料盒和底座23放置在第二运动平台上。粗定位系统可带动料盒和底座23进行二维直线移动。因为精确定位系统用于精确定位，移动较慢。在透镜抓取以及贴合过程中，可先通过粗定位系统将料盒或底座23带到精确定位系统的下方，然后再通过精确定位系统进行定位。可提高贴合效率。

进一步地，第一运动平台包括：第一底板12、第一电机13、第一丝杠14和第一螺母座；第一底板12通过机架1固定，第一电机13固定在第一底板12的一端，第一电机13与第一丝杠14的一端连接，第一螺母座与第一丝杠14配合连接。

第二运动平台包括：第二底板16、第二电机17、第二丝杠18和第二螺母座；第二底板16与第一螺母座固定连接，第二电机17固定在第二底板16的一端，第二电机17与第二丝杠18的一端相连，第二螺母座与所述第二丝杠18配合连接。设置操作底板22与第二螺母座固定连接，料盒和底座23放置在操作底板22上。

进一步地，第二底板16在两侧与第一底板12滑动连接。可在第二底板16上设置凹槽，在第一底板12上设置第一滑轨15，通过凹槽与第一滑轨15的配合实现滑动连接。可对第二底板16的移动方向进行限定，保证顺利进行直线运动。

操作底板22与第二底板16滑动连接。同样可在操作底板22上设置凹槽，在第二底板16上设置第二滑轨19。通过凹槽与第二滑轨19的配合实现滑动连接。

料盒的下方设置第二光源。第二光源作为背光源。在通过工业相机组件6判断料盒上透镜的位置时，通过第二光源，工业相机拍摄的图像中，透镜部分可呈现出与周围不一样的颜色，便于对透镜的轮廓进行区分识别。进而便于判断透镜的位置。

在上述实施例的基础上，进一步地，沿第一运动平台的运动方向间隔设置若干个第一定位传感器20。沿第二运动平台的运动方向间隔设置若干个第二定位传感器21。可对粗定位系统的移动进行智能控制，便于粗定位系统移动至所需位置处。

进一步地，机架1为固定的安装架。粗定位系统固定在下方机架1上。精确定位系统吊装在上方的机架1上。

在上述实施例的基础上，进一步地，一种利用上述各实施例所述透镜贴合系统的透镜贴合方法包括：移动粗定位系统，使得料盒位于精确定位系统的下方；工业相机组件6判断料盒中透镜与抓取装置间的精确位置偏差；移动精确定位系统，使得抓取装置抓取透镜；移动粗定位系统，使得底座23位于精确定位系统的下方；工业相机组件6判断底座23上的工位与点胶组件间的精确位置偏差；移动精确定位系统，通过点胶组件在底座23上的工位处点胶；移动精确定位系统，抓取装置将透镜放置在底座23上的工位处。

在上述实施例的基础上，进一步地，抓取装置将透镜放置在底座23上的工位处具体包括：移动精确定位系统，使得底座23上工位的几何中心与抓取装置的几何中心上下对应；将抓取装置抓取的透镜下压在底座23上的工位处；并通过压力传感器监测透镜下压的压力值，使得透镜下压的压力达到预设压力值；照射透镜和底座23使胶水固化预设时间后，抓取装置释放透镜。

在上述实施例的基础上，进一步地，一种透镜贴合系统包括带视觉识别的精确四轴定位系统。该精确定位系统吊装在上方的机架1上。该精确定位系统包含一个工业相机及其配套的镜头、光源等组件；拥有XYZ3个方向的精密电动滑台。

其中Z方向滑台安装在XY方向滑台上，有一块L字形连接板5安装在Z轴竖面上。工业相机组件6、点胶组件、透镜吸取/贴合组件(抓取装置)、点状紫外照射第一光源均安装在L形连接板5上，可沿3个直线方向运动。

点胶组件由一个上下布置的气缸、安装在点胶气缸8活动头上的箍头、胶筒7、胶针9组成。胶筒7接独立的点胶设备可受控地将内部紫外胶水由针头挤出。L形连接板5的下部安装有可绕竖直线旋转的精密回转滑台(回转台10)，其转轴正中心安装有可以实时监控受力大小的压力传感器和一个尺寸、硬度合适的负压吸盘11。该负压吸盘11是主要工作器件。

该透镜贴合系统还包括XY向粗定位运动平台。XY向粗定位运动平台包含第一底板12，第一底板12上的X轴驱动电机、X轴螺母座组件、X轴直线导轨组件组成X方向的运动系统。X轴直线导轨组件上方安装有第二底板16，第二底板16与X轴螺母座组件连接。

第二底板16上安装有Y轴驱动电机、Y轴螺母座组件、Y轴直线导轨组件，组成Y方向运动系统。Y轴直线导轨组件上方安装有操作底板22，操作底板22上放置有底座23托盘及料盒。操作底板22在X方向运动系统及Y方向运动系统配合若干传感器，可实现在一定范围的水平面上任意位置定位。

该透镜贴合系统的具体配合流程如下：

粗定位XY运动系统将料盒运送至预先设定的位置；该位置接近工业相机正下方，使透镜在相机视场内；此时XY运动系统开始锁止。工业相机开始获取图像，图像分析模块可为软件接收图像并计算透镜实际几何中心与相机中心的一组位置偏差值δ1。

系统根据该组偏差值计算并驱动精确定位系统中的Xp、Yp、Z轴运动使吸嘴几何中心与透镜重合；并开启负压吸取透镜。并提起Z轴，一直保持负压。粗定位XY运动系统再次运动将托盘底座23内排队的底座23指定工位驱动至工业相机视场附近。随后，其再次锁止。

系统指令工业相机开始获取图像并根据图像计算出吸嘴几何中心与当前工位中心的一组位置偏差值δ2，以及胶针9几何中心与当前工位中心的一组位置偏差值δ3。根据δ3计算并驱动Xp、Yp、Z轴使胶针9几何中心运动至当前工位指定点。

点胶气缸8开始下压使胶针9与底座23的工位竖直间隙合适。系统驱动Xp、Yp轴开始预设的插补运动并同时指令点胶组件点胶。到达既定时间、位置时分别终止点胶、插补运动。随后系统再次根据δ2计算并驱动Xp、Yp、Z轴使吸嘴几何中心与当前底座23工位指定位置重合并下压预设距离。

此时系统开始以合适的小距离继续下压吸嘴，同时采集压力传感器的压力值。根据特定的优化算法，在压力传感器的压力值、下压的距离二者达到最优状态时，Z轴停止下压，并锁止并继续保持负压。

此时系统指示紫外照射第一光源开启一定时间使光斑覆盖透镜下方紫外胶水，促使其固化。随后吸嘴负压释放。四轴定位系统各轴运动至指定位置。系统根据预定的料盒透镜矩阵、底座23工位矩阵，实时更新下一个透镜、底座23工位的概算位置，系统按需获取这些位置重复上述步骤。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透镜贴合系统，其特征在于，包括：精确定位系统；所述精确定位系统包括空间电动滑台和工业相机组件，所述工业相机组件设置在所述空间电动滑台的底部，所述工业相机组件用于对下方的料盒或底座的精确位置进行判断，所述空间电动滑台的底部还设置有抓取装置，所述料盒用于放置透镜。

2.根据权利要求1所述的透镜贴合系统，其特征在于，所述空间电动滑台包括X轴滑台、Y轴滑台和Z轴滑台；所述X轴滑台水平设置且顶部与机架固定连接，所述Y轴滑台水平且与所述X轴滑台垂直设置，所述Y轴滑台与所述X轴滑台的滑块固定连接，所述Z轴滑台竖直设置且与所述Y轴滑台的滑块固定连接；

设置连接板与所述Z轴滑台的滑块固定连接，所述工业相机组件和所述抓取装置通过所述连接板进行固定。

3.根据权利要求1所述的透镜贴合系统，其特征在于，所述工业相机组件包括：工业相机和图像分析模块；所述工业相机用于获取下方料盒中透镜或底座的图像，所述图像分析模块用于根据所述图像判断透镜或底座的位置。

4.根据权利要求2所述的透镜贴合系统，其特征在于，所述抓取装置包括：负压吸盘；在所述连接板的底部连接轴向为竖直方向的回转台，所述负压吸盘设置在所述回转台的底部；所述回转台的底部还设置有压力传感器。

5.根据权利要求2所述的透镜贴合系统，其特征在于，还包括：点胶组件和第一光源；所述点胶组件和所述第一光源分别与连接板固定连接，所述点胶组件用于在所述底座上设置紫外胶水，所述第一光源用于固化所述紫外胶水。

6.根据权利要求5所述的透镜贴合系统，其特征在于，所述点胶组件包括竖直设置的点胶气缸以及与所述点胶气缸连接的胶筒，所述胶筒底部与胶针连接。

7.根据权利要求1至6任一所述的透镜贴合系统，其特征在于，还包括：设置在所述精确定位系统下方的粗定位系统；所述粗定位系统包括第一运动平台和第二运动平台；所述第一运动平台通过机架固定且提供水平运动，在所述第一运动平台上连接所述第二运动平台，所述第二运动平台同时提供与所述第一运动平台的运动方向相垂直的水平运动；所述料盒和所述底座放置在所述第二运动平台上；

所述料盒的下方设置第二光源。

8.根据权利要求7所述的透镜贴合系统，其特征在于，沿所述第一运动平台的运动方向间隔设置若干个第一定位传感器；沿所述第二运动平台的运动方向间隔设置若干个第二定位传感器。

9.一种利用上述权利要求1-8任一所述透镜贴合系统的透镜贴合方法，其特征在于，包括：

移动粗定位系统，使得料盒位于精确定位系统的下方；

工业相机组件判断料盒中透镜与抓取装置间的精确位置偏差；

移动精确定位系统，使得抓取装置抓取透镜；

移动粗定位系统，使得底座位于精确定位系统的下方；

工业相机组件判断底座上的工位与点胶组件间的精确位置偏差；

移动精确定位系统，通过点胶组件在底座上的工位处点胶；

移动精确定位系统，抓取装置将透镜放置在底座上的工位处。

10.根据权利要求9所述的透镜贴合方法，其特征在于，抓取装置将透镜放置在底座上的工位处具体包括：

移动精确定位系统，使得底座上工位的几何中心与抓取装置的几何中心上下对应；

将抓取装置抓取的透镜下压在底座上的工位处；并通过压力传感器监测透镜下压的压力值，使得透镜下压的压力达到预设压力值；

照射透镜和底座使胶水固化预设时间后，抓取装置释放透镜。