CN117492162B - 一种镜头与芯片的自动组装方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及镜头模组组装技术领域，具体涉及到一种镜头与芯片的自动组装方法及装置。自动组装方法通过上六轴机构与下六轴机构分别夹持镜头与芯片，并使镜头与芯片移动到能够完整成像的位置；通过上六轴机构驱动镜头在竖直方向上进行移动，得到寻焦曲线；通过寻焦曲线得出各视场的最佳成像位置，采用最小二乘法对各视场的最佳成像位置进行平面拟合，得到实际焦平面的拟合方程；对实际焦平面的拟合方程进行旋转X、Y轴角度的空间坐标变换。本发明的自动组装方法，在镜头模组组装过程中，可根据镜头和芯片的实时状态对镜头进行旋转变化，使得模组组装良率提升，且该方法可直接计算出组装过程中各轴的移动量，相比现有的遍历法会大大提高组装效率。
Description
技术领域
本发明涉及镜头模组组装技术领域，具体涉及到一种镜头与芯片的自动组装方法及装置。
背景技术
模组组装过程中，组装初始状态下镜头和芯片的相对位置不能保证为最佳状态，若此时将镜头和芯片点胶固定住，则整颗模组的成像质量将会很差，达不到预想效果。为提高模组组装效率和组装良率，有必要提出一种镜头与芯片的自动组装方法。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种镜头与芯片的自动组装方法及装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种镜头与芯片的自动组装方法，通过上六轴机构与下六轴机构对镜头与芯片进行组装，包括以下步骤：
步骤1，通过上六轴机构与下六轴机构分别夹持镜头与芯片，并使镜头与芯片移动到能够完整成像的位置；
步骤2，通过上六轴机构驱动镜头在竖直方向上进行移动，同时通过度信测试盒点亮芯片获取图像并计算图像中各视场不同方向的SFR值，得到寻焦曲线；
步骤3，通过寻焦曲线得出各视场的最佳成像位置，采用最小二乘法对各视场的最佳成像位置进行平面拟合，得到实际焦平面的拟合方程；
步骤4，对实际焦平面的拟合方程进行旋转X、Y轴角度的空间坐标变换，使得变换后的实际焦平面与芯片基准平面平行，求出X、Y轴的旋转角度分别为TX、TY，通过上六轴机构驱动镜头绕X轴转动TX的角度并绕Y轴转动TY的角度；
步骤5，检查调整后模组的成像质量，若合格则完成组装，若不合格则重复步骤2-步骤4直至合格。
进一步的，所述步骤2包括，将镜头在竖直方向上移动至若干个位置，同时通过度信测试盒点亮芯片以在所述若干个位置上获取若干图像，并通过工控机计算所述若干图像在各视场不同方向的SFR值，以得到寻焦曲线。
进一步的，所述图像包括若干位置的拍摄图，若干拍摄图通过度信测试盒点亮芯片拍摄测试Chart而成，测试Chart图根据镜头的不同视场对应不同位置设置测试图案。
进一步的，所述步骤3包括：
根据各视场的最佳焦距位置得到一系列数据点(X1, Y1, Z1), (X2, Y2, Z2),..., (Xi, Yi, Zi)；
假设实际焦平面的拟合方程为AX+BY+CZ+D=0，其中A,B,C,D是待求的系数；
首先，定义误差函数E为所有数据点到拟合平面的距离平方和，即:
；
为找到最优系数A、B、C、D，需要对误差函数进行最小化，即求解以下方程组：
；
；
；
；
对于方程组，有：
；
化简得方程一：
；
对于方程组，有方程二：
；
对于方程组，有方程三：
；
对于方程组，有方程四：
；
将拟合方程AX+BY+CZ+D=0代入上述方程一、方程二、方程三、方程四中，得到四个线性方程；将线性方程写成矩阵形式，即ak=b,其中：
则最小二乘法的解为:
最后，将求得的系数A,B,C,D代入拟合平面方程AX+BY+CZ+D=0中，即可得到最终的拟合方程。
进一步的，所述步骤4包括：
令旋转角度TX =θx、TY =θy；
空间中任意平面绕X轴主动旋转θx可定义为：
；
空间中任意平面绕Y轴主动旋转θy可定义为：
；
可将实际焦平面的拟合方程AX+BY+CZ+D=0先绕X轴旋转θx后再绕Y轴旋转θy使得其与芯片基准平面GZ+H=0平行，其中G、H是芯片基准平面的系数；
旋转过程为：
；
；
得到：
；
解方程得到：
；
求出θx和θy。
进一步的，若采用所述的自动组装方法无法将镜头与芯片组装合格，则判定镜头或芯片存在问题，放弃组装。
本发明还提供了一种镜头与芯片的自动组装装置，包括：
上六轴机构，用于夹持镜头；
下六轴机构，用于夹持芯片；
Chart，位于所述镜头成像系统物方一侧；
中距镜，位于所述镜头和Chart之间，用于保证所述芯片能获取到Chart的清晰成像图片;
度信测试盒，位于芯片下方，通过顶针上电点亮所述芯片，用于获取图像并传输到工控机；
工控机，所述工控机分别与上六轴机构、下六轴机构、度信测试盒连接，用于计算所述获取图像的SFR值并控制上六轴机构、下六轴机构、度信测试盒工作；所述工控机配置成可执行上述的镜头与芯片的自动组装方法。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果之一：
1、本发明的自动组装方法，在镜头模组组装过程中，可根据镜头和芯片的实时状态对镜头进行旋转变化，使得模组组装良率提升，且该方法可直接计算出组装过程中各轴的移动量，相比现有的遍历法会大大提高组装效率；
2、本发明的自动组装装置，采用上述的自动组装方法对镜头和芯片进行组装，实现自动化组装，并且提升了镜头模组的组装良率和组装效率。
附图说明
图1为本发明实施例中一种镜头与芯片的自动组装方法的步骤流程图；
图2为本发明具体实施例一中Chart方块图像；
图3为本发明具体实施例一中寻焦曲线的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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。
参照图1所示，本发明的优选实施例，一种镜头与芯片的自动组装方法，通过上六轴机构与下六轴机构对镜头与芯片进行组装，包括以下步骤：
步骤1，通过上六轴机构与下六轴机构分别夹持镜头与芯片，并使镜头与芯片移动到能够完整成像的位置；
步骤2，通过上六轴机构驱动镜头在竖直方向上进行移动，同时通过度信测试盒点亮芯片获取图像并计算图像中各视场不同方向的SFR值，得到寻焦曲线；
步骤3，通过寻焦曲线得出各视场的最佳成像位置，采用最小二乘法对各视场的最佳成像位置进行平面拟合，得到实际焦平面的拟合方程；
步骤4，对实际焦平面的拟合方程进行旋转X、Y轴角度的空间坐标变换，使得变换后的实际焦平面与芯片基准平面平行，求出X、Y轴的旋转角度分别为TX、TY，通过上六轴机构驱动镜头绕X轴转动TX的角度并绕Y轴转动TY的角度；
步骤5，检查调整后模组的成像质量，若合格则完成组装，若不合格则重复步骤2-步骤4直至合格。
本发明的自动组装方法，在镜头模组组装过程中，可根据镜头和芯片的实时状态对镜头进行旋转变化，使得模组组装良率提升，且该方法可直接计算出组装过程中各轴的移动量，相比现有的遍历法会大大提高组装效率。
作为本发明的优选实施例，其还可具有以下附加技术特征：
在本实施例中，所述步骤2包括，将镜头在竖直方向上移动至若干个位置，同时通过度信测试盒点亮芯片以在所述若干个位置上获取若干图像，并通过工控机计算所述若干图像在各视场不同方向的SFR值，以得到寻焦曲线。
在本实施例中，所述图像包括若干位置的拍摄图，若干拍摄图通过度信测试盒点亮芯片拍摄测试Chart而成，测试Chart图根据镜头的不同视场对应不同位置设置测试图案，测试图案包括斜方块、宝马图等。
在本实施例中，所述步骤3包括：
根据各视场的最佳焦距位置得到一系列数据点(X1, Y1, Z1), (X2, Y2, Z2),..., (Xi, Yi, Zi)；
假设实际焦平面的拟合方程为AX+BY+CZ+D=0，其中A,B,C,D是待求的系数；
首先，定义误差函数E为所有数据点到拟合平面的距离平方和，即:
；
为找到最优系数A、B、C、D，需要对误差函数进行最小化，即求解以下方程组：
；
；
；
；
对于方程组，有：
；
化简得方程一：
；
对于方程组，有方程二：
；
对于方程组，有方程三：
；
对于方程组，有方程四：
；
将拟合方程AX+BY+CZ+D=0代入上述方程一、方程二、方程三、方程四中，得到四个线性方程；将线性方程写成矩阵形式，即ak=b,其中：
则最小二乘法的解为:
最后，将求得的系数A,B,C,D代入拟合平面方程AX+BY+CZ+D=0中，即可得到最终的拟合方程。
在本实施例中，所述步骤4包括：
令旋转角度TX =θx、TY =θy；
空间中任意平面绕X轴主动旋转θx可定义为：
；
空间中任意平面绕Y轴主动旋转θy可定义为：
；
可将实际焦平面的拟合方程AX+BY+CZ+D=0先绕X轴旋转θx后再绕Y轴旋转θy使得其与芯片基准平面GZ+H=0平行，其中G、H是芯片基准平面的系数；
旋转过程为：
；
；
得到：
；
解方程得到：
；
求出θx和θy。
在本实施例中，若采用所述的自动组装方法无法将镜头与芯片组装合格，则判定镜头或芯片存在问题，放弃组装。具体的，当重复步骤2-步骤4至一定次数无法将镜头与芯片组装合格，则判定镜头或芯片存在问题，其中，重复的次数可根据组装经验设定。
本发明还提供了一种镜头与芯片的自动组装装置，包括：
上六轴机构，用于夹持镜头；上六轴机构可以驱动镜头在X、Y、Z轴移动以及转动；
下六轴机构，用于夹持芯片；下六轴机构可以驱动芯片在X、Y、Z轴移动以及转动；
Chart，位于所述镜头成像系统物方一侧；
中距镜，位于所述镜头和Chart之间，用于保证所述芯片能获取到Chart的清晰成像图片;
度信测试盒，位于芯片下方，通过顶针上电点亮所述芯片，用于获取图像并传输到工控机；
工控机，所述工控机分别与上六轴机构、下六轴机构、度信测试盒连接，用于计算所述获取图像的SFR值并控制上六轴机构、下六轴机构、度信测试盒工作；所述工控机配置成可执行上述的镜头与芯片的自动组装方法。
本发明的自动组装装置，采用上述的自动组装方法对镜头和芯片进行组装，实现自动化组装，并且提升了镜头模组的组装良率和组装效率。
具体实施例一：
参照图2-图3所示，通过移动镜头寻焦得到寻焦曲线，可根据现场组装需求自由定义以Chart图的某个方向作为H、V方向的值，可取平均值、所有值等方式，本例取得Chart图方块的内侧方向作为计算值，如图2，图2中的数字1-9表示9个视场的数字标号。得到的寻焦曲线如图3。本例中共计算了9个视场的H、V方向的SFR值，如表1中H2、V2分别表示第2视场的H、V方向的SFR值，第2视场在图2中的数字标号为2，依此类推图2中9个视场均在表1和表2中有相对应的数据，在每个视场的每个方向上通过移动镜头共拍摄了11组拍摄图，如表1中H1这一列共有11组SFR值，具体数据如表1和表2所示：
表1
表2
通过寻焦曲线和测试chart图各方块的位置分布，可得出各视场不同方向的最佳成像位置，将所有最佳成像位置利用最小二乘法进行空间平面方程拟合，如本例得到焦平面的拟合方程为：
得到焦平面的拟合方程后代入步骤4进行计算得到：
即TX为-0.1133°，TY为-0.0308°，将镜头分别转动这两个角度后，镜头和芯片组装合格，进行点胶固定。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种镜头与芯片的自动组装方法，通过上六轴机构与下六轴机构对镜头与芯片进行组装，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，通过上六轴机构与下六轴机构分别夹持镜头与芯片，并使镜头与芯片移动到能够完整成像的位置；
步骤2，通过上六轴机构驱动镜头在竖直方向上进行移动，同时通过度信测试盒点亮芯片获取图像并计算图像中各视场不同方向的SFR值，得到寻焦曲线；
步骤3，通过寻焦曲线得出各视场的最佳成像位置，采用最小二乘法对各视场的最佳成像位置进行平面拟合，得到实际焦平面的拟合方程；
步骤4，对实际焦平面的拟合方程进行旋转X、Y轴角度的空间坐标变换，使得变换后的实际焦平面与芯片基准平面平行，求出X、Y轴的旋转角度分别为TX、TY，通过上六轴机构驱动镜头绕X轴转动TX的角度并绕Y轴转动TY的角度；
步骤5，检查调整后模组的成像质量，若合格则完成组装，若不合格则重复步骤2-步骤4直至合格；
具体的，所述步骤3包括：
根据各视场的最佳焦距位置得到一系列数据点(X1,Y1,Z1),(X2,Y2,Z2),...,(Xi,Yi,Zi)；
假设实际焦平面的拟合方程为AX+BY+CZ+D＝0，其中A,B,C,D是待求的系数；
首先，定义误差函数E为所有数据点到拟合平面的距离平方和，即:
为找到最优系数A、B、C、D，需要对误差函数进行最小化，即求解以下方程组：
对于方程组，有：
化简得方程一：
对于方程组，有方程二：
对于方程组，有方程三：
对于方程组，有方程四：
将拟合方程AX+BY+CZ+D＝0代入上述方程一、方程二、方程三、方程四中，得到四个线性方程；将线性方程写成矩阵形式，即ak＝b,其中：
则最小二乘法的解为:k＝(aTa)-1aTb
最后，将求得的系数A,B,C,D代入拟合平面方程AX+BY+CZ+D＝0中，即可得到最终的拟合方程；
所述步骤4包括：
令旋转角度TX＝θx、TY＝θy；
空间中任意平面绕X轴主动旋转θx可定义为：
空间中任意平面绕Y轴主动旋转θy可定义为：
可将实际焦平面的拟合方程AX+BY+CZ+D＝0先绕X轴旋转θx后再绕Y轴旋转θy使得其与芯片基准平面GZ+H＝0平行，其中G、H是芯片基准平面的系数；
旋转过程为：
得到：
解方程得到：
求出θx和θy。
2.根据权利要求1所述的一种镜头与芯片的自动组装方法，其特征在于，所述步骤2包括，将镜头在竖直方向上移动至若干个位置，同时通过度信测试盒点亮芯片以在所述若干个位置上获取若干图像，并通过工控机计算所述若干图像在各视场不同方向的SFR值，以得到寻焦曲线。
3.根据权利要求2所述的一种镜头与芯片的自动组装方法，其特征在于，所述图像包括若干位置的拍摄图，若干拍摄图通过度信测试盒点亮芯片拍摄测试Chart而成，测试Chart图根据镜头的不同视场对应不同位置设置测试图案。
4.根据权利要求1所述的一种镜头与芯片的自动组装方法，其特征在于，所述步骤5包括，若采用所述的自动组装方法无法将镜头与芯片组装合格，则判定镜头或芯片存在问题，放弃组装。
5.一种镜头与芯片的自动组装装置，其特征在于，包括：
上六轴机构，用于夹持镜头；
下六轴机构，用于夹持芯片；
Chart，位于所述镜头成像系统物方一侧；
中距镜，位于所述镜头和Chart之间，用于保证所述芯片能获取到Chart的清晰成像图片；
度信测试盒，位于芯片下方，通过顶针上电点亮所述芯片，用于获取图像并传输到工控机；
工控机，所述工控机分别与上六轴机构、下六轴机构、度信测试盒连接，用于计算所述获取图像的SFR值并控制上六轴机构、下六轴机构、度信测试盒工作；所述工控机配置成可执行如权利要求1-4中任意一项所述的镜头与芯片的自动组装方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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