WO2017139825A1 - Verfahren und vorrichtung zum fertigen von linsenpaketen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum fertigen von linsenpaketen Download PDF

Info

Publication number
WO2017139825A1
WO2017139825A1 PCT/AT2017/060033 AT2017060033W WO2017139825A1 WO 2017139825 A1 WO2017139825 A1 WO 2017139825A1 AT 2017060033 W AT2017060033 W AT 2017060033W WO 2017139825 A1 WO2017139825 A1 WO 2017139825A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lens
workstation
lenses
gripper
component carrier
Prior art date
Application number
PCT/AT2017/060033
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Walter Sticht
Christian Mersnik
Original Assignee
Sticht Technologie Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sticht Technologie Gmbh filed Critical Sticht Technologie Gmbh
Publication of WO2017139825A1 publication Critical patent/WO2017139825A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/62—Optical apparatus specially adapted for adjusting optical elements during the assembly of optical systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G01B11/27—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes
    • G01B11/272—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes using photoelectric detection means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0221—Testing optical properties by determining the optical axis or position of lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/021—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses for more than one lens
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/023—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses permitting adjustment
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/025—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses using glue

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for producing a lens package of a plurality of individual lenses and the lens package produced by the method according to the invention.
  • a lens package is an optical element which is composed of a plurality of lenses and is used, for example, in or as an objective of a camera.
  • the subject method relates to the automated mass production of a low cost lens package wherein each lens package lens is added in a separate workstation in successive steps.
  • the alignment of the lenses with each other under optical control (active optical alignment).
  • active optical alignment it is known in the active optical alignment of individual lenses, these optically to measure and then align their optical axis with the optical axes of the lenses already used and / or the geometric axis of the lens holder. This process is relatively time consuming and is therefore usually applied only to large lenses with high required precision.
  • Another method for the active, optical positioning of lenses of a lens package is to place them provisionally in a lens holder for the time being and to correct their position after insertion of all the lenses and subsequently fixed permanently. This method is only used in the manual production of lenses.
  • the middle lens is fixed in a holder and the two outer lenses are each placed in a gripper and are pressed against the middle lens.
  • the optical axes of the three lenses can be well aligned when the lenses and their contact surfaces are made very accurate.
  • JP 2005283716 A the device is described as a stand-alone device with manual operation. Due to the simultaneous handling and alignment of the two outer lenses, the device is relatively complex and only partially suitable for line production. The disadvantage is that the handling and alignment of the two outer lenses in a device is time-consuming and requires a bilateral accessibility of the middle lens.
  • a method for attaching optical components to the mounting surface of a substrate is known from DE 10250074 A1, the transmission of the optical component being optimized during mounting, and after optimal alignment the optical component being fixed by laser beam bonding. Since laser beam bonding is accomplished by heating a laser beam through the optical device through the mounting surface on the substrate, it is not readily applicable to the assembly of lens packages.
  • the less complex alignment of optical components due to transmission and reflection, which plays a role in optical elements for data transmission, also contains no apparent teaching that would be transferable to the complex assembly of lenses from several individual lenses.
  • WO 20080906822 A1 a method for assembling a lens package without lens holder is described.
  • the lenses are molded from plastic and have an annular portion surrounding the optical part of the lens.
  • Section forms an upper and lower reference surface, wherein the lenses lie against each other at their reference surfaces.
  • the alignment of the lenses is accomplished by sliding the lenses along the reference surface (in the XY plane) until the optical axes of the lenses are aligned.
  • FIG. 5 of WO 20080906822 A1 it is possible to observe the alignment optically by projecting the image of a projector from below through the lens package onto a display surface.
  • the alignment can also be carried out according to FIG. 6 of WO 20080906822 A1, wherein the lenses each have an annular groove which extends centrally around the optical axis of the lens and these grooves are optically detected and aligned concentrically with one another on an xy table.
  • the disadvantage is that the assembly of the entire lens package takes place in a workstation and that the position of the lenses takes place only in the xy plane, that is along the respective reference surface of the lenses, so that in the correction of geometrical deviations or Manufacturing tolerances of the lenses is severely limited. The distance between the lenses and the angle of the lenses to each other can not be corrected.
  • the active, optically controlled positioning of the individual lenses is not used, since this would take too much time in the automation.
  • the mass production takes place in that at a workstation all the lenses are fixed mechanically one after the other exactly in the lens holder.
  • the use of the lenses successively mechanically at different workstations of a production line in the lens holder is not possible because such an exact positioning of the lens holder in successive workstations of a production line is not possible, or such an exact positioning of the lens holder in successive workstations technically complex and would be time consuming.
  • the purely mechanical positioning of the lenses in the lens holder also has the disadvantage that irregularities in the lens geometry and the mating surfaces are not correctable and therefore the lenses and the lens holder must be manufactured with very high accuracy and are therefore expensive.
  • the high amount of time involved in putting together all the lenses in a workstation and on the other hand, the high committee have been found.
  • Mass production of lens packages in line production would be desirable since in that case the cycle time for the lens production can be limited to the maximum time needed for positioning and joining a lens of the lens package.
  • a parts carrier is moved by a transport device relative to the workstations, the part carrier is usually stopped in each case stopped at a defined position within the workspace of each workstation.
  • the positioning accuracy of the transport device is typically at about 50 ⁇ thus significantly below that positioning accuracy of 2 ⁇ which is required for the insertion of the lenses.
  • the object underlying the invention is to provide a fast and accurate mass production of lens packages or lenses.
  • the work station with a gripper receives a lens and positioned in a processing position relative to the parts carrier;
  • the position and orientation of the lens held in the gripper relative to the component carrier, the component located on the component carrier or at least one previously tested on the component carrier lens is checked by the beam path of an optical measuring device is guided by the lens located in the gripper and all already in the component carrier lenses;
  • the lens held in the gripper is fixed to the component carrier, the component located on the component carrier or at least one lens previously inserted on the component carrier; in the next step, the gripper releases the lens and continues with the first step.
  • the lenses are assembled in line production in successive workstations, the positioning of the lenses being carried out with active optical alignment. As a result, positional deviations of the parts holder can be compensated in the workspace of the workstation and also deviations of the lens geometry can be compensated.
  • At least two lenses of a lens package are successively assembled in a work station, wherein the positioning of the lenses takes place with the mentioned steps.
  • the alignment of this lens to the lenses already used preferably takes place under optical control of a camera, which receives a test pattern through the lenses.
  • the lenses which are still missing in each case for the completion of the lens package are fixed in the gripper of the workstation.
  • the image recorded in the workstation is compared with a stored ideal image of the test image and the position of the lens to be used changed until the captured image of the ideal image with the required accuracy.
  • Another possibility is to take a real image of the test image through the incomplete lens package with the camera in the workstation and compare it with a stored ideal image of the test image taken by an ideal version of the incomplete lens package.
  • Image is obtained by taking the test image through a lens package that has lenses with no shape deviation at the ideal distance from each other.
  • an individual test pattern can alternatively be used in each work station, which results in the same image viewed through the lenses present in the respective workstation.
  • the lens packages are assembled in or on part carriers, which are preferably transported by a transport device clocked from workstation to workstation, for example by a transport chain.
  • a lens holder can be placed first, in or on soft subsequently the lenses are used.
  • the lenses each have a mounting portion, which, for example, surrounds the optically active region of the lens in an annular manner, so that the lenses can be fastened directly to one another and the provision of a lens holder can be dispensed with.
  • Such lenses, or so assembled lens packages are known for example from WO 2008096822 A1 and WO 2005057264 A1.
  • the lenses are made of plastic and are produced by injection molding.
  • the attachment portion and the lens are produced as a monolithic body by injection molding.
  • the lens to be used in each case is roughly positioned by the workstation, preferably spaced above the lens already inserted in front, so that there is a gap between the lenses.
  • the position of the lens to be used is then varied with the work station until the lens to be used is ideally aligned, the lens having a gap with the already inserted lens even after alignment.
  • the inserted lens is fixed in the ideal position.
  • An advantage of this particularly preferred variant is that the lenses need not have exact mating surfaces, since these are positioned at a distance from one another and the distance and orientation is thus predetermined only by the active optical alignment.
  • the gap between the lenses is preferably filled with material, preferably an adhesive, at at least three locations, so that the distance is maintained when the lens is no longer held by the gripper of the workstation.
  • the gripper of the workstation releases the lens as soon as an initial curing of the adhesive has taken place so that it no longer changes its shape.
  • the complete curing of the adhesive can be done during transport through the other workstations, or after placement of all lenses.
  • the adhesive used for the initial fixation can be supplemented with additional adhesive in later steps, for example to seal the entire gap between the lenses, or to achieve permanent fixation of the lenses.
  • the initial fixing of the lenses to one another preferably takes place by gluing.
  • the gluing can be done by adhesive application after alignment of the respective lens in the workstation.
  • the gluing can alternatively take place in that the adhesive application takes place before the alignment of the lens, wherein the adhesive cures only after the alignment has ended.
  • the workstations for inserting the lenses can follow each other immediately, so that the parts carrier from one workstation at the next cycle already passes into the next workstation.
  • one or more other workstations or empty positions may be present between the workstations for insertion.
  • Empty position is a position of the parts holder to understand in which no steps are performed on the holder.
  • Such empty positions are particularly advantageous after a workstation for inserting a lens, if the curing of the adhesive within the cycle time is not possible, or the cycle time would be extended by waiting for curing.
  • another Workstation between two workstations for inserting the lenses is in particular a workstation for making an adhesive job in question, so that the next lens only needs to be placed on the already made adhesive job and aligned. After alignment, the adhesive application can be accelerated, for example by UV light curing.
  • the cycle time of the subject production line is determined by the maximum time required for aligning and initially joining a lens in a workstation.
  • the inventive method for aligning the lens with test images and camera is advantageous because it is relatively cheap and fast.
  • the subject invention is not limited to the use of this active optical alignment method. Rather, any active optical alignment method is suitable, balancing between the time required for alignment and the achievable accuracy.
  • Fig. 1 shows schematically a portion of a production line according to the invention with two
  • Fig. 2 shows schematically an exemplary workstation according to the invention in a perspective view in three different positions during the positioning process of a lens.
  • FIG. 3 shows schematically a first variant of the gripper of three successive workstations of an exemplary production line according to the invention.
  • FIG. 4 shows schematically a second variant of the gripper of three successive workstations of an exemplary production line according to the invention.
  • Fig. 5 shows schematically a first variant for assembling a lens package in three successive workstations of an exemplary invention
  • FIG. 6 shows schematically a second variant for assembling a lens package in four successive workstations of an exemplary production line according to the invention.
  • Fig. 7 shows schematically a variant for assembling a lens package directly on
  • Image sensor in four successive workstations of an exemplary production line according to the invention is a schematic diagram of an exemplary production line according to the invention.
  • Fig. 8 shows the flow chart of the preferred positioning method according to the invention of a lens with a workstation according to the invention.
  • FIG. 9 shows a further preferred embodiment of the production line according to the invention or of the method according to the invention with uniform workstations.
  • 10 shows a further preferred embodiment of the production line according to the invention or of the method according to the invention with uniformly constructed workstations.
  • 11 shows a further embodiment variant of the production line according to the invention, in which an adhesive application station is present between two work stations in which lenses are used.
  • Fig. 12 shows an exemplary embodiment variant according to the invention, in which at least two lenses of a lens package are successively assembled in a workstation.
  • FIG. 1 and 2 is correspondingly transferable to the further figures 3-7, 9-10, wherein the x-axis extends in the direction of movement of the transport device and the z-axis at an angle of 90 ° to the x- Axle parallel to the optical axes of the lens packages upwards.
  • the illustrated in Fig. 1 exemplary section of a production line according to the invention comprises two identical workstations 1, a transport device 2 and a plurality of parts carrier 3, which are moved with the transport device 2 clocked to the successive workstations 1. By the transport device 2, the parts carrier 3 are placed with low accuracy under the respective workstation 1.
  • Each work station 1 has a gripper 4, which can be moved quickly by means of a linear drive system 5 in order to be able to receive lenses 6 from a parts supply station 7 and to be able to position these over the part carrier 3 with low accuracy.
  • a fine positioning device 9 preferably allows an orientation of the gripper 4 in six axes, for example, the fine positioning device 9 may be designed as a hexapod.
  • the gripper 4 holds the lens 6 against the optical device 8, so that the lens 6 with respect to the optical device 8 assumes a defined position exactly.
  • the alignment of the lens 6 relative to the optical device 8 is preferably carried out when receiving from the parts delivery station 7.
  • the position of the lens 6 to be used with respect to the optical Device 8 is not changed, but aligned the lens 6 together with the optical device 8 through the fine positioning device 9.
  • the alignment of the lens 6 preferably takes place in that a camera or an image sensor images a test image 10 through the optical device 8 and the lens 6.
  • the test image 10 may be below the lens package and the image sensor above the lens package.
  • the test image 10 can advantageously be located on the parts carrier 3, so that the first inserted lens 6 occupies a fixed relation to the test image 10; preferably, the insertion of the first lens 6 can already take place under optical monitoring, so that with its optical axis perpendicular to the center of the test image 10 is aligned.
  • the fine positioning device 9 may, for example, also have linear drives in the x, y and / or z direction as an alternative to the hexapod, wherein preferably at least one additional rotation axis is present, in particular in order to be able to rotate the lens 6 about the z axis.
  • the z-axis is that axis of the Cartesian coordinate system which extends approximately in the direction of the optical axis of the lens 6.
  • the fine positioning device 9 can also be designed in two parts, with drives of the fine positioning device 9 acting on the optical device 8 and drives the fine positioning 9 act on the gripper 4, ie between the optical device 8 and the gripper 4.
  • a lens 6 to be inserted is removed by the gripper 4 from the parts supply station 7 and preferably at the same time the parts carrier 3 is moved or clocked into the working area of the workstation 1.
  • the lens 6 to be used is positioned with the linear drive unit 5 over the already inserted lens 6.
  • the linear drive unit 5 has at least one driven movement axis in order to be able to be moved between the parts supply station 7 and the working position above the parts holder 3.
  • the linear drive unit 5, as shown, also have two driven axes, one horizontal at an angle of 90 ° to the
  • Transport device 2 so in the y-direction and the second driven axis can be aligned perpendicular to a 90 ° to the transport device 2 so in the z-direction.
  • a third driven axis parallel to the direction of movement of the transport device 2 may be present, ie in the x direction.
  • the positioning by the linear drive unit 5 is typically carried out with about 5/100 mm accuracy (50 ⁇ ) and is sufficiently accurate to make with the image sensor an image of the test image 10 through the lens 6 can. Since the required accuracy of the lens positioning in about is at 2 ⁇ , the image of the test pattern 10 will have a distortion and / or blurred areas.
  • the required positional correction of the lens 6 to be used can be calculated by software and, as in the third step shown on the right, the fine positioning device 9 can be used.
  • the image sensor of the optical device 8 can continuously record images of the test image 10 and the image of the test image 10 can be sharpened or adjusted by controlled movement sequences of the fine positioning device 9. For example, first the optical axis of the optical device 8 and the lens 6 to be used can be aligned in the xy plane to the center of the test image 10, then the z-position so the distance of the optical device 8 and the lens 6 are set to the test image 10 and then a pivoting of the lens 6 are made to compensate for distortions of the test image. Depending on whether the required accuracy is reached after these steps, the motion sequences can be executed again. The mentioned movements can also be performed in a different order or at the same time.
  • the gripper 4 can release it (not shown) and be moved back to the parts supply station 7.
  • the fixing can be done by adhesive application, the corresponding device for carrying out the adhesive application is not shown, it may preferably be attached to the linear drive unit 5 and have a fixed relation to this, since the positioning accuracy of the linear drive unit 5 is sufficient for the adhesive application.
  • the adhesive application takes place at least at three points of the gap between the lenses 6 in order to fix the distance of the lenses 6 from each other at these points.
  • the coarse positioning unit may also have a combination of linear and rotary axes of motion.
  • Part delivery station 7, the next lens 6 brought into the removal position, which is then used in the following parts carrier 3 in the same way.
  • the lenses 6 may be supplied to the parts supply station 7, for example via a chute, or actively transported to the removal position, for example pushed.
  • the next lens 6 could be actively transferred from the parts delivery station 7 to the gripper 4, for example, by a robot removes the lens 6 from a pallet or a conveyor belt and passes it to the gripper 4.
  • the respective workstation has only one adjustment device which can be positioned fine enough to compensate for the positional deviation of the transport device 2 and has a sufficient range of motion in order to be able to receive lenses 6.
  • a workstation 1 can only have a fine positioning device 9 and can not position a second positioning device for fast but too inaccurate positioning.
  • FIG. 3 three optical devices 1 1, 12, 13 of three successive workstations 1 of an exemplary production line according to the invention are shown in detail. For reasons of clarity, the lenses to be used in the workstations and the lenses in the parts holder 3 are not shown.
  • Each workstation has a test image 10 and a camera 14.
  • the test image 10 is an object (or a representation) that can be recorded by the camera 14 or an image sensor and contains information that can be used to align the lenses 6.
  • the test image 10 can be identical for all workstations 1.
  • camera test images e.g. in the form of black and white images, physical objects such as a grid, digital displays in the form of high-resolution display surfaces or projections in question.
  • FIG. 3 three optical devices 1 1, 12, 13 of three successive workstations 1 of an exemplary production line according to the invention are shown in detail. For reasons of clarity, the lenses to be used in the workstations and the lenses in the parts holder 3 are not shown.
  • Each workstation has a test image 10 and a camera 14.
  • the test image 10 can be located above the optical device 11, 12, 13 and the camera 14 can be located below the parts carrier 3.
  • the parts carrier 3 has a hole or a transparent pane, so that the camera 14 passes through the optical system Part carrier 3 through recordings can make.
  • the optical devices 11, 12, 13 have a hollow body, in particular a cylinder, the opening of which is arranged centrally above the lens 6 to be used and thus clears the way from the camera 14 to the test image 10.
  • optical devices 1 1, 12, 13 are designed differently.
  • the third last lens 6 of the lens package is used, therefore, in the hollow body of the optical device 11 optical elements 15, 16 are mounted, which are preferably identical to the penultimate and last to be used lens 6.
  • the optical elements 15, 16 should in this case be made particularly precisely, so that they have little to no deviation from the desired shape of the lenses 6.
  • the optical elements 15, 16 are fixed with spacers in the hollow body, which produce the ideal distance, which should have two ideal lenses 6 after joining.
  • FIG. 3 also shows in detail three optical devices 1 1, 12, 13 of three successive workstations 1 of an exemplary production line according to the invention, the cameras 14 being mounted above the optical devices 11, 12, 13 and the test images 10 below the part carriers 10 ,
  • FIG. 5 shows the workstations of FIG. 3 with adhesive applicators 17 for producing a lens package comprising the lenses 18, 19, 20 and 21.
  • the transport or the timing of the parts carrier 3 takes place from left to right.
  • the first lens 18 was already used in the example of FIG. 5 before reaching the left workstation.
  • the lens 19, which is the second lens of the lens package is picked up by the gripper 4 and positioned together with the optical device 11 so that the camera 14 records a sharp, undistorted image of the test image 10.
  • the gap between the lens 18 and the lens 19 is filled with adhesive by the adhesive applicators 17 of the first work station at least three locations and the gripper 4 is left in this position until the adhesive has sufficient dimensional stability.
  • the lens 20, which is the third lens of the lens package is picked up by the gripper 4 and positioned with the optical device 12 so that the camera 14 takes a sharp, undistorted photograph of the test image 10.
  • the gap between the lens 19 and the lens 20 is filled with adhesive by the adhesive applicators 17 of the second work station at least three locations and the gripper 4 is left in this position until the adhesive has sufficient dimensional stability.
  • the lens 21, which represents the fourth and thus last lens of the lens package is picked up by the gripper 4 and positioned so that the camera 14 records a sharp, undistorted image of the test image 10.
  • the gap between the two lenses is picked up by the gripper 4 and positioned so that the camera 14 records a sharp, undistorted image of the test image 10.
  • Lens 20 and the lens 21 filled at least three places with adhesive and leave the gripper 4 in this position until the adhesive has sufficient dimensional stability.
  • FIG. 6 shows four workstations of an exemplary production line according to the invention, wherein already the insertion of the first lens 21 with active optical alignment he follows.
  • the lens 21 is fixed, for example, on a diaphragm 26.
  • the imaging unit is in the form of an image sensor 25 above the lens package, whereby the lenses 18, 19, 20, 21 are placed in the reverse order with respect to FIG.
  • the optical elements 22, 23, 24 are the ideal versions of the lenses 18, 19 and 20 in this order.
  • the lens 21, which is the last lens of the lens package from the viewing direction of the image sensor 25, is picked up by the gripper 4 and positioned with the fine positioning device 9 (not shown) so that the camera 14 can take a sharp, undistorted and centered image of the camera Test image 10 receives.
  • the gap between the diaphragm 26 and the lens 21 is filled with adhesive by the adhesive applicators 17 of the first work station at least three locations and the lens 21 is left in this position until the adhesive has sufficient dimensional stability.
  • each work station has a complete lens package, with the still missing lenses being fixed in the workstation via the respective lens to be used.
  • the finished lens package can be removed and / or provided in a subsequent workstation with an image sensor to form a camera.
  • this can be done by the known method by the finished lens package is fixed by active optical alignment on the image sensor, wherein the image taken by the image sensor used to align the finished lens package.
  • FIG. 7 shows a further variant of the production line according to the invention, in which the lens package is already assembled on the image sensor 25 of the camera to be manufactured.
  • a board 30 is attached to the parts carrier 3, on which the image sensor 25 is mounted.
  • the first lens 18 is actively optically aligned and thereafter attached directly to the fixed orientation board 30 to the image sensor 25.
  • the active optical positioning takes place here with the image sensor 25 of the later camera, to which the image sensor 25 transmits image data to a data processing system via a data cable or with a wireless transmission device.
  • a data cable this can be carried with the transport device 2, or in the respective work area of
  • Workstations are connected to an interface on the board 30.
  • the alignment and assembly of the other lenses 19, 20, 21 takes place in the other three workstations in the same way.
  • An advantage of this embodiment of the invention is that after the last workstation already the finished camera module is present and each lens 18, 19, 20, 21 is optimally aligned with the actual image sensor 25 of the camera.
  • the production line according to the invention has added further elements, such as an aperture 26, or a housing or a tube above it Lens package could be attached.
  • a sealing of the lens package could be done by the gap initially glued at at least three points between the lenses 6 is sealed with adhesive or other filler in further steps.
  • the production line can advantageously be arranged in a clean room or have a machine housing in which clean room conditions can be maintained. Particularly advantageous is the small footprint of the production line according to the invention, whereby the required clean room can have a very small size.
  • the lenses could also be glass or plastic lenses without their own connection area, but each was provided with its own annular housing portion as a connection area.
  • lenses without an annular connection region could also be fastened to a fastening structure with the method according to the invention, for example on three or more vertical rods to which the lenses are glued in a punctiform manner.
  • the bars are to be arranged, for example, so that the gripper 4 of the workstation can insert the lens from above between them.
  • the lenses 6 can also be designed with at least three local connection projections, for example in the form of radial widenings.
  • the lenses 6 may have a rough or three-dimensional surface structure, for example in the form of protruding and / or receding hemispheres, in order to achieve better anchoring of the adhesive.
  • the lenses 6 can be provided with a light-opaque layer at the connection areas in order to avoid an undesired beam passage through the connection area as far as the image sensor of the finished camera.
  • This layer can be applied in the form of a coating on the surface of the connection region, or glued in the form of a panel on the connection area, for example, before the delivery of the lenses 6 via the parts supply station 7 or by additional processing stations between the workstations 1.
  • a shutter can, for example even in the production of the lenses 6 are poured into this. According to the invention it is also possible that the function of a
  • Aperture is realized by using an opaque, for example, black adhesive for fixing the lenses 6.
  • the spaced positioning of the lenses 6 to each other is advantageous, since a position correction of the lenses 6 in the z-direction and by pivoting is possible, for example, to compensate for variations in the thickness of the lens 6 or an oblique optical axis of the lens 6.
  • the method according to the invention can be applied in a similar manner if the lenses 6 lie directly against each other, ie in each case a lower and upper reference surface with exact spacing (exact thickness of the connecting region of the lenses 6). to each other.
  • the respective fine positioning device 9 of the workstations merely corrects the position of the respectively to be used lens 6 in the xy plane, after which the lens 6 to be used has been coplanarly placed on the reference surface with the gripper 4.
  • the parts carrier 3 may have a fine positioning device 9, for example for the exact positioning of the parts carrier 3 or the attachment structure or lenses 6 received in the parts carrier 3 in the x-y plane and / or in the z-direction.
  • FIG. 8 shows the positioning method according to the invention of a lens 6 in a workstation 1 as a flow chart.
  • the gripper 4 receives a lens 6 and is positioned over the parts carrier 3 by the part carrier 3 are positioned by the transport device 2 and the gripper 4 by the fast but inaccurate drive unit in the respective working position.
  • the test image 10 is taken by the camera 14 or the image sensor 25.
  • the deviation from the ideal image of the test image is determined by a data processing system. If the deviation is within the required tolerance, the joining of the lens 6 is performed in step 35. If the deviation is outside the required tolerance, a setting or control value for the fine positioning device 9 is created from the deviation and the orientation of the lens 6 is corrected accordingly in the fourth step 34.
  • step 33 and the position correction in step 34 can thereby take place approximately in real time, in that the camera 14 or the image sensor 25 continuously creates images of the test image 10.
  • step 37 the lens 6 can be removed from the gripper 4 and the previously placed lenses can be marked as reject (no further lenses 6 are added), or the
  • Lens 6 is still fixed if the deviation can be potentially compensated by adding the missing lenses 6.
  • FIG. 9 shows an alternative embodiment of the production line or the method according to the invention. The advantage of this is that the complexity of the workstation is reduced and all workstations 1 can be identically constructed. For this purpose, an individual ideal image 38 of the test pattern 10 is used for each work station 1. In the example of FIG. 9, the test image 10 is a regular grid.
  • the individual ideal image 38 corresponds to the image of the test image 10 by an ideal lens package.
  • the ideal lens package is different from workstation to workstation and corresponds to the lens package which is present after placing the lens 6 to be used of the respective workstation 1.
  • the ideal image 38 is an image of the test image 10 taken by an ideal lens package consisting of ideal versions of the lens 18 and lens 19.
  • the ideal image 38 is an image of the test image 10 taken by an ideal lens package consisting of ideal versions of the lens 18, the lens 19, and the lens 20.
  • the ideal image 38 is an image of the test image 10 taken by an ideal lens package consisting of ideal versions of the lens 18, the lens 19, the lens 20 and the lens 21.
  • step 32 a picture is taken with the camera 14 through the respective lens package and compared in step 33 with a data processing system 39 with the individual ideal image 38. If a deviation is detected, the position of the lens 6 is corrected in step 34 and the image taken by the camera 14 again with the individual ideal
  • the lens 6 is fixed in step 35, for example by adhesive application with adhesive applicators 17. After sufficient curing (for example accelerated by illumination with UV light) in step 36, the gripper 4 is released.
  • the position of the camera 14 and the test pattern 10 can be exchanged, or can also be carried out as shown in FIG. 7, the assembly of the lenses 6 am Image sensor 25 are made.
  • the optical devices 8 of all workstations 1 may be identical and / or may only contain the image sensor 25 when the method of Fig. 9 is used with the individual ideal images 38.
  • An advantage of this embodiment is that to convert the device for the production of a different lens package not the optical elements in the workstations 1 must be replaced, as would be the case with the devices of FIGS. 3-7. It is only necessary to create an individual ideal figure 38 for each work station, which can also be made computer-aided, without actually having to make pictures through an ideal lens or lens package.
  • individual test images 10 may also be used which, viewed in each case by the lenses present in the respective workstation 1, produce the same image.
  • an outwardly curved grid would have to be used, which is thus distorted compared to the individual ideal image 38 of the left workstation.
  • each work station 1 In order to image the distorted test pattern 10 in each work station 1 as a sharp, undistorted test pattern or grid, it may be necessary for the screen of each work station 1 to have an individual distance to the gripper 4 or to the lens 6 to be inserted, or between the screen 10 and the gripper 4 an additional optics is present, for example in the form of a zoom lens. In addition, it is possible for each camera 14 of the workstations 1 to have an individual objective or an individually adjusted zoom objective. The distance of the screen, or the individual lens and / or the individual
  • Zoom setting of the lens are to be set once in the respective workstation so that with ideal alignment of the lens to be used 6 with the camera 14, a sharp undistorted grid is recorded.
  • An advantage of the inventive variant of FIG. 10 is that the image analysis always takes place on the basis of a regular grid (or another pattern), as a result of which this is done by a
  • Data processing system is feasible in a shorter time than would be the case with distorted or blurred images.
  • FIG. 11 shows a further embodiment variant of the invention in which an adhesive application station 40 is present between two workstations 1 in which lenses 6 are inserted.
  • the positioning of the work stations 1 are indicated by dashed lines very schematically.
  • the lenses 6 shown in FIG. 11 have on the upper side of the annular connection region a raised web, which forms a raised edge to the inner optical section of the lenses.
  • At the radially outer area of the connection region, which lies below the web takes place in the adhesive application station 40 of the adhesive application, wherein this can be done around the raised web.
  • the lens 6 to be used which is formed on the lower side of the annular connection area corresponding to the upper side of the annular connection area of the underlying lens 6, is actively optically aligned, with the application of adhesive uniformly distributed in the gap between the lenses 6 and the raised ridge prevents adhesive from getting to the inner optical part of the lenses 6. If the lens 6 is properly positioned, the adhesive may be accelerated to cure, for example, by UV light irradiation. It is advantageous that the gap between the lenses 6 is sealed thereby. In addition, by the upstream application of the adhesive, a reduction of the cycle time may possibly be achieved. As illustrated in FIG. 11, the test image 10, for example in the form of a screen for displaying individual test images 10, can also be mounted above the respective workstation 1. For this purpose, the gripper 4, or the element 4 carrying the gripper open at the top. For example, the test pattern 10 may even be a few meters away from the gripper 4.
  • FIG. 12 shows a further embodiment variant of a device according to the invention, in which case a plurality of lenses 6 are used on a workstation 1.
  • the parts carrier 3 can be placed automatically or manually in the working position of the workstation 1. Furthermore, it is possible that the parts carrier 3 is part of the workstation 1, so this does not leave, the finished lens package is taken after completion directly in the workstation 1 from the parts carrier 3, so that the next lens package on the same parts carrier 3 can be assembled , In the respective working position, the gripper 4 and the parts carrier 3 are positioned so that the beam path from the test image 10 to the camera 14 passes through the lens 6 to be used and the lenses already inserted.
  • the test image 10 is displayed by a variable display 41, so that the test image 10 can be changed depending on the lens currently being used, or according to the degree of completion of the lens package. This ensures that the image of the camera 14, regardless of the degree of completion of the lens package is always an undistorted recording of the test pattern. As illustrated, it may be necessary for the display 41 to have mobility in the z-direction in order to adjust the distance to the lens package depending on the composition of the lens package in order to position the test image 10 in the respective focal plane.
  • the workstation 1 may have its own parts supply station 7 per lens 18, 19, 20, 21 to be used.
  • the lenses 6 to be used in each case could be transferred, for example, from an additional robot to the gripper 4 directly in the working position above the parts holder 3. In that case, the workstation 1 does not need a linear drive unit 5 to drive to the different parts supply stations 7.
  • An advantage of the apparatus of FIG. 12 is the smaller footprint, as well as the lower cost compared to a production line with a workstation 1 per lens to be inserted 6.
  • a disadvantage is the longer production time per lens package compared to the embodiment variant according to the invention with line production.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Lens Barrels (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Fertigung von Linsenpaketen wobei das Zusammenfügen von Linsen des Linsenpakets mit aktiver optischer Ausrichtung der Linsen erfolgt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Fertigen von Linsenpaketen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Linsenpakets aus mehreren einzelnen Linsen und das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Linsenpaket.
Ein Linsenpaket ist ein optisches Element, welches sich aus einer Mehrzahl von Linsen zusammensetzt und beispielsweise im bzw. als Objektiv einer Kamera Verwendung findet. Das gegenständliche Verfahren betrifft insbesondere die automatisierte Herstellung eines kostengünstigen Linsenpakets in Massenproduktion, wobei jede Linse des Linsenpakets in einer eigenen Arbeitsstation in aufeinanderfolgenden Schritten hinzugefügt wird. Die Ausrichtung der Linsen zueinander erfolgt unter optischer Kontrolle (active optical Alignment). Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, bei der aktiven, optischen Ausrichtung von einzelnen Linsen, diese optisch zu vermessen und danach deren optische Achse mit den optischen Achsen der bereits eingesetzten Linsen und/oder der geometrischen Achse des Linsenhalters auszurichten. Dieser Vorgang ist relativ zeitintensiv und wird daher meist nur bei großen Objektiven mit hoher geforderter Präzision angewandt.
Nach dem Stand der Technik ist es weiters bekannt, fertige Objektive bzw. bereits zusammengestellte Linsenpakete aktiv, optisch bezüglich des Bildsensors der Kamera auszurichten. Dabei wird mit dem Bildsensor durch das Objektiv hindurch ein Testbild aufgenommen, woraufhin bei Verzerrung bzw. Unschärfe des aufgenommenen Bildes die Position des Objektivs bezüglich des Fotosensors korrigiert wird, bis eine optimale Abbildung des Testbilds erreicht wird. Sobald das Objektiv und der Bildsensor exakt zueinander ausgerichtet sind, werden diese in ihrer Position zueinander fixiert, wobei dies meist durch Kleben erfolgt. Vorteilhaft an dieser Methode ist, dass die Ausrichtung rasch erfolgen kann, nachteilig ist, dass diese Methode erst beim fertig zusammengestellten Objektiv bzw. Linsenpaket durchführbar ist, da nur vom vollständigen Objektiv bzw. Linsenpaket das Testbild richtig abgebildet wird.
Eine weitere Methode zur aktiven, optischen Positionierung von Linsen eines Linsenpakets ist, diese vorerst provisorisch in einem Linsenhalter zu platzieren und nach Einsetzen aller Linsen deren Position zu korrigieren und nachfolgend dauerhaft zu fixieren. Diese Methode kommt nur bei der manuellen Fertigung von Objektiven zum Einsatz.
In der US 201 1063739 A1 ist ein Verfahren zum Zusammenstellen eines Objektivs gezeigt, bei welchem die letzte Linse eines Linsenpakets unter optischer Kontrolle aktiv ausgerichtet wird. Die übrigen Linsen wurden zuvor in einen Linsenhalter eingepasst, bzw. über Passflächen an den Linsen selbst zueinander ausgerichtet bzw. fixiert. Durch das aktive optische Ausrichten der letzten Linse in der x-y- Ebene können Abweichung der optischen Achse des gesamten Linsenpakets korrigiert werden. Nachteilig ist, dass nur die letzte Linse aktiv optisch ausgerichtet wird, sodass für die übrigen Linsen und der Passflächen eine sehr hohe Präzision erforderlich ist. Aus der JP 2005283716 A ist es bekannt, die oberste und unterste Linse eines Linsenpakets, umfassend drei Linsen, unter optischer Kontrolle auszurichten. Dabei ist die mittlere Linse in einem Halter fixiert und die beiden äußeren Linsen sind jeweils in einem Greifer platziert und werden gegen die mittlere Linse gedrückt. Durch gleichzeitige bzw. abwechselnde Ausrichtung bzw. Positionsänderung der beiden äußeren Linsen mit den Greifern in der x-y-Ebene können die optischen Achsen der drei Linsen gut ausgerichtet werden, wenn die Linsen und deren Kontaktflächen sehr exakt gefertigt sind. In der JP 2005283716 A ist die Vorrichtung als Standgerät mit manueller Bedienung beschrieben. Aufgrund der gleichzeitigen Handhabung und Ausrichtung der beiden äußeren Linsen ist die Vorrichtung relativ komplex und für eine Linienfertigung nur bedingt geeignet. Nachteilig ist, dass die Handhabung und Ausrichtung der beiden äußeren Linsen in einer Vorrichtung zeitintensiv ist und eine beidseitige Zugänglichkeit der mittleren Linse erfordert.
Ferner ist aus der DE 10250074 A1 ein Verfahren zum Anbringen von optischen Bauelementen an der Montagefläche eines Substrats bekannt, wobei beim Anbringen die Transmission des optischen Bauelements optimiert wird und nach optimaler Ausrichtung das optische Bauelement durch Laserstrahlbonden fixiert wird. Da das Laserstrahlbonden erfolgt, indem ein Laserstrahl durch das optischen Bauelementen hindurch die Montagefläche am Substrat erhitzt, ist dieses für das Zusammenstellen von Linsenpaketen nicht ohne weiteres anwendbar. Das wenig komplexe Ausrichten von optischen Bauelementen aufgrund von Transmission und Reflexion, welches bei optischen Elementen zur Datenübertragung eine Rolle spielt, beinhaltet zudem keine ersichtliche Lehre, die auf das komplexe Zusammenstellen von Objektiven aus mehreren Einzellinsen übertragbar wäre.
Aus der WO 20080906822 A1 ist ein Verfahren zur Zusammenstellung eines Linsenpakets ohne Linsenhalter beschrieben. Die Linsen sind aus Kunststoff gegossen und weisen einen ringförmigen Abschnitt auf, welcher den optischen Teil der Linse umgibt. Der ringförmige
Abschnitt bildet eine obere und untere Referenzfläche, wobei die Linsen an ihren Referenzflächen aneinander liegen. Die Ausrichtung der Linsen erfolgt dadurch, dass die Linsen entlang der Referenzfläche (in X-Y Ebene) verschoben werden, bis die optischen Achsen der Linsen ausgerichtet sind. Wie zu Fig. 5 der WO 20080906822 A1 beschrieben ist, kann man die Ausrichtung optisch beobachten, indem das Bild eines Projektors von unten durch das Linsenpaket auf eine Anzeigefläche projiziert wird. Die Ausrichtung kann auch gemäß Fig. 6 der WO 20080906822 A1 erfolgen, wobei die Linsen jeweils eine ringförmige Nut aufweisen, welche zentrisch um die optische Achse der Linse verläuft und diese Nuten optisch erfasst und auf einem x-y Tisch konzentrisch zueinander ausgerichtet werden. Nachteilig ist, dass das Zusammenstellen des gesamten Linsenpakets in einer Arbeitsstation erfolgt und dass die Position der Linsen nur in der x-y-Ebene also entlang der jeweiligen Referenzfläche der Linsen erfolgt, sodass man bei der Korrektur von Geometrieabweichungen bzw. Fertigungstoleranzen der Linsen stark limitiert ist. Der Abstand zwischen den Linsen und der Winkel der Linsen zueinander können nicht korrigiert werden.
Bei der Massenproduktion von kostengünstigen, kleinen Objektiven, wie insbesondere in Mobiltelefonen eingesetzt, kommt das aktive, optisch kontrollierte Positionieren der einzelnen Linsen nicht zur Anwendung, da dieses bei der Automation zu viel Zeit in Anspruch nehmen würde. Die Massenproduktion erfolgt dadurch, dass an einer Arbeitsstation alle Linsen nach einander mechanisch exakt im Linsenhalter befestigt werden. Die Linsen nacheinander an verschiedenen Arbeitsstationen einer Fertigungslinie mechanisch exakt in den Linsenhalter einzusetzen, ist hingegen nicht möglich, da eine derart exakte Positionierung des Linsenhalters in aufeinanderfolgenden Arbeitsstationen einer Fertigungslinie nicht möglich ist, bzw. eine derart exakte Positionierung des Linsenhalters in aufeinanderfolgenden Arbeitsstationen technisch aufwändig und zeitintensiv wäre. Die rein mechanische Positionierung der Linsen im Linsenhalter hat zudem den Nachteil, dass Unregelmäßigkeiten der Linsengeometrie und der Passflächen nicht korrigierbar sind und daher die Linsen und der Linsenhalter mit sehr hoher Genauigkeit gefertigt werden müssen und somit teuer sind. Als besonders nachteilig an dem nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Massenproduktion von Linsen haben sich einerseits der hohe Zeitaufwand beim Zusammenstellen aller Linsen in einer Arbeitsstation und andererseits der hohe Ausschuss herausgestellt.
Eine Massenproduktion von Linsenpaketen bzw. Objektiven in Linienfertigung wäre wünschenswert, da in diesem Fall die Taktzeit für die Linsenproduktion auf jene Zeit beschränkt werden kann, welche für das Positionieren und Fügen einer Linse des Linsen Pakets maximal benötigt wird. Bei der Linienfertigung wird ein Teileträger durch eine Transportvorrichtung relativ zu den Arbeitsstationen bewegt, wobei der Teileträger meist getaktet jeweils an einer definierten Position innerhalb des Arbeitsbereichs jeder Arbeitsstation gestoppt wird. Die Positioniergenauigkeit der Transportvorrichtung liegt dabei typischerweise bei zirka 50 μηι somit deutlich unter jener Positioniergenauigkeit von 2 μηι welche für das Einsetzten der Linsen gefordert ist.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, eine schnelle und exakte Massenfertigung von Linsenpaketen bzw. Objektiven bereit zu stellen.
Dies wird erfindungsgemäß mit dem in Anspruch 1 beschriebenen Verfahren gelöst, nämlich indem das Zusammenstellen von Linsenpaketen aus mehreren Linsen erfolgt indem in zumindest einer Arbeitsstation zumindest eine Linse mit aktiver optischer Ausrichtung an einem Bauteilträger, einem am Bauteilträger befindlichen Bauteil oder an zumindest einer zuvor am Bauteilträger eingesetzten Linse befestigt wird, indem:
im ersten Schritt die Arbeitsstation mit einem Greifer eine Linse aufnimmt und in einer Bearbeitungsposition relativ zum Teileträger positioniert;
im nächsten Schritt in der Arbeitsstation die Position und Ausrichtung der im Greifer gehaltenen Linse relativ zum Bauteilträger, dem am Bauteilträger befindlichen Bauteil oder zumindest einer zuvor am Bauteilträger eingesetzten Linse überprüft wird, indem der Strahlengang einer optischen Messvorrichtung durch die im Greifer befindliche Linse und alle bereits im Bauteilträger befindlichen Linsen geführt wird;
im nächsten Schritt durch eine Datenverarbeitungsanlage aus den Daten der optischen Messvorrichtung Lageabweichungen der Linse ermittelt werden und die Position und/oder Ausrichtung der im Greifer befindlichen Linse relativ zum Bauteilträger, dem am Bauteilträger befindlichen Bauteil oder zumindest einer zuvor am Bauteilträger eingesetzten Linse geändert wird bis keine oder eine zulässige Lageabweichung vorliegt;
im nächsten Schritt die im Greifer gehaltene Linse am Bauteilträger, dem am Bauteilträger befindlichen Bauteil oder zumindest einer zuvor am Bauteilträger eingesetzten Linse fixiert wird; im nächsten Schritt der Greifer die Linse los lässt und mit dem ersten Schritt fortgesetzt wird. In einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante werden die Linsen in Linienfertigung in aufeinanderfolgenden Arbeitsstationen zusammengefügt, wobei das Positionieren der Linsen mit aktiver optischer Ausrichtung erfolgt. Dadurch können Lageabweichungen des Teilehalters im Arbeitsbereich der Arbeitsstation ausgeglichen werden und zudem können Abweichungen der Linsengeometrie ausgeglichen werden.
In einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante werden zumindest zwei Linsen eines Linsenpakets nacheinander in einer Arbeitsstation zusammengesetzt, wobei das Positionieren der Linsen mit den genannten Schritten erfolgt.
Beim Einsetzen einer Linse erfolgt das Ausrichten dieser Linse zu den bereits eingesetzten Linsen bevorzugt unter optischer Kontrolle einer Kamera, welche ein Testbild durch die Linsen hindurch aufnimmt. Um mit der Kamera das Testbild korrekt abbilden zu können, sind im Greifer der Arbeitsstation die jeweils zur Fertigstellung des Linsenpakets noch fehlenden Linsen fixiert. Von einer Datenverarbeitungsanlage wird das in der Arbeitsstation aufgenommene Bild mit einer gespeicherten idealen Abbildung des Testbild verglichen und die Position der einzusetzenden Linse verändert, bis das aufgenommene Bild der idealen Abbildung mit der geforderten Genauigkeit entspricht. Eine andere Möglichkeit ist eine reale Abbildung des Testbilds durch das unvollständige Linsenpaket mit der Kamera in der Arbeitsstation aufzunehmen und mit einer gespeicherten idealen Abbildung des Testbilds, aufgenommen durch eine ideale Version des unvollständigen Linsenpakets, zu vergleichen. Eine ideale
Abbildung erhält man durch Aufnahme des Testbilds durch ein Linsenpaket, das Linsen ohne Formabweichung im idealen Abstand zueinander aufweist. Bevorzugt kann alternativ in jeder Arbeitsstation ein individuelles Testbild verwendet werden, welches durch die in der jeweiligen Arbeitsstation vorhandenen Linsen betrachtet dasselbe Bild ergibt.
Die Linsenpakete werden in bzw. auf Teileträgern zusammengesetzt, welche bevorzugt durch eine Transportvorrichtung getaktet von Arbeitsstation zu Arbeitsstation transportiert werden, beispielsweise durch eine Transportkette. Im Teileträger kann zuerst ein Linsenhalter platziert werden, in bzw. auf weichen nachfolgend die Linsen eingesetzt werden. Bevorzugt weisen die Linsen je einen Befestigungsabschnitt, welcher beispielsweise ringförmig den optisch wirksamen Bereich der Linse umgibt, auf, sodass die Linsen direkt aneinander befestigt werden können und das Vorsehen eines Linsenhalters entfallen kann. Solche Linsen, bzw. so zusammengesetzte Linsenpakete sind beispielsweise aus der WO 2008096822 A1 und der WO 2005057264 A1 bekannt.
Bevorzugt bestehen die Linsen aus Kunststoff und werden im Spritzgussverfahren hergestellt. Bevorzugt werden der Befestigungsabschnitt und die Linse als monolithischer Körper im Spritzgussverfahren hergestellt.
Die jeweils einzusetzende Linse wird durch die Arbeitsstation bevorzugt beabstandet über der bereits davor eingesetzten Linse grob positioniert, sodass ein Spalt zwischen den Linsen vorliegt. Die Position der einzusetzenden Linse wird dann mit der Arbeitsstation variiert, bis die einzusetzende Linse ideal ausgerichtet ist, wobei die Linse auch nach dem Ausrichten einen Spalt zu der bereits davor eingesetzten Linse aufweist. Die einzusetzende Linse wird in der idealen Position fixiert. Vorteilhaft an dieser besonders bevorzugten Variante ist, dass die Linsen keine exakten Passflächen aufweisen brauchen, da diese beabstandet zueinander positioniert werden und die Distanz und Ausrichtung somit nur durch die aktive optische Ausrichtung vorgegeben ist. Der Abstand bzw. der Spalt zwischen den Linsen wird bevorzugt an zumindest drei Stellen mit Material, bevorzugt einem Klebstoff, gefüllt, sodass der Abstand beibehalten wird, wenn die Linse nicht mehr vom Greifer der Arbeitsstation gehalten ist. Bevorzugt lässt der Greifer der Arbeitsstation die Linse los, sobald eine initiale Aushärtung des Klebstoffs erfolgt ist, sodass dieser seine Form nicht mehr ändert. Das vollständige Aushärten des Klebstoffs kann während des Transports durch die weiteren Arbeitsstationen erfolgen, oder nach erfolgter Platzierung aller Linsen. Der zur initialen Fixierung verwendete Klebstoff kann in späteren Schritten mit zusätzlichem Klebstoff ergänzt werden, beispielsweise um den ganzen Spalt zwischen den Linsen abzudichten, oder um einen dauerhafte Fixierung der Linsen zu erreichen.
Bevorzugt erfolgt das initiale Fixieren der Linsen zueinander durch Kleben. Das Kleben kann durch Klebeauftrag nach Ausrichtung der jeweiligen Linse in der Arbeitsstation erfolgen. Das Kleben kann alternativ dadurch erfolgen, dass der Klebeauftrag bereits vor dem Ausrichten der Linse erfolgt, wobei der Kleber erst nach beendeter Ausrichtung aushärtet.
Die Arbeitsstationen zum Einsetzen der Linsen können unmittelbar aufeinanderfolgen, sodass der Teileträger von einer Arbeitsstation beim nächsten Takt bereits in die nächste Arbeitsstation gelangt. Alternativ können zwischen den Arbeitsstationen zum Einsetzen eine oder mehrere andere Arbeitsstationen oder Leerpositionen vorhanden sein. Als Leerposition ist eine Position des Teilehalters zu verstehen, an welchem keine Arbeitsschritte am Halter vorgenommen werden. Solche Leerpositionen sind insbesondere nach einer Arbeitsstation zum Einsetzen einer Linse vorteilhaft, wenn das Aushärten des Klebers innerhalb der Taktzeit nicht möglich ist, bzw. die Taktzeit durch das Warten aufs Aushärten verlängert würde. Als eine andere Arbeitsstation zwischen zwei Arbeitsstationen zum Einsetzen der Linsen kommt insbesondere eine Arbeitsstation zum Vornehmen eines Klebeauftrags in Frage, sodass die nächste Linse nur noch auf den bereits erfolgten Klebeauftrag aufgesetzt und ausgerichtet zu werden braucht. Nach erfolgter Ausrichtung kann der Klebeauftrag beispielsweise durch UV-Licht beschleunigt zur Aushärtung gebracht werden.
Die Taktzeit der gegenständlichen Fertigungslinie ist bestimmt durch jene Zeit, welche maximal zum Ausrichten und initialem Fügen einer Linse in einer Arbeitsstation benötigt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ausrichten der Linse mit Testbildern und Kamera ist vorteilhaft, da es relativ günstig aufgebaut ist und schnell arbeitet.
Die gegenständliche Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung dieses aktiven optischen Ausrichtungsverfahrens beschränkt. Vielmehr ist jedes aktive optische Ausrichtungsverfahren geeignet, wobei zwischen der benötigten Zeit zum Ausrichten und der erreichbaren Genauigkeit abzuwägen ist.
Die Erfindung wird beispielhaft an Hand von Zeichnungen veranschaulicht:
Fig. 1 : zeigt schematisch einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Fertigungslinie mit zwei
Arbeitsstationen in perspektivischer Ansicht.
Fig. 2: zeigt schematisch eine beispielhafte erfindungsgemäße Arbeitsstation in perspektivischer Ansicht in drei verschiedenen Stellungen beim Positioniervorgang einer Linse.
Fig. 3: zeigt schematisch eine erste Variante des Greifers dreier aufeinanderfolgender Arbeitsstationen einer beispielhaften erfindungsgemäßen Fertigungslinie.
Fig. 4: zeigt schematisch eine zweite Variante des Greifers dreier aufeinanderfolgender Arbeitsstationen einer beispielhaften erfindungsgemäßen Fertigungslinie.
Fig. 5: zeigt schematisch eine erste Variante zum Zusammenstellen eines Linsenpakets in drei aufeinanderfolgenden Arbeitsstationen einer beispielhaften erfindungsgemäßen
Fertigungslinie.
Fig. 6: zeigt schematisch eine zweite Variante zum Zusammenstellen eines Linsenpakets in vier aufeinanderfolgenden Arbeitsstationen einer beispielhaften erfindungsgemäßen Fertigungslinie.
Fig. 7: zeigt schematisch eine Variante zum Zusammenstellen eines Linsenpakets direkt am
Bildsensor in vier aufeinanderfolgenden Arbeitsstationen einer beispielhaften erfindungsgemäßen Fertigungslinie.
Fig. 8: zeigt das Flussdiagramm des bevorzugten erfindungsgemäßen Positionierverfahrens einer Linse mit einer erfindungsgemäßen Arbeitsstation.
Fig. 9: zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fertigungslinie bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einheitlichen Arbeitsstationen.
Fig. 10: zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fertigungslinie bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einheitlich aufgebauten Arbeitsstationen. Fig. 11 : zeigt eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Fertigungslinie, bei welcher zwischen zwei Arbeitsstationen in denen Linsen eingesetzt werden eine Klebeauftragsstation vorhanden ist.
Fig. 12: zeigt eine beispielhaft erfindungsgemäße Ausführungsvariante, bei welcher zumindest zwei Linsen eines Linsenpakets nacheinander in einer Arbeitsstation zusammengesetzt werden.
Einleitend sei klargestellt, dass die Figuren nur zur Verdeutlichung der Erfindung dienen, keinesfalls maßstabsgetreu sind oder reale Größenverhältnisse widergeben. Insbesondere die Form der einzusetzenden Linsen ist zufällig gewählt und rein beispielhaft zu verstehen. Sofern Angaben wie unten, oben, links, rechts etc. gewählt werden oder auf ein Koordinatensystem verwiesen wird, sind diese auf die Beispiele der Figuren bezogen und können bei Umsetzung der Erfindung natürlich durch andere Anordnung der Arbeitsstationen und der Transportvorrichtung anders realisiert werden. Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Koordinatensystem ist entsprechend auf die weiteren Figuren 3-7, 9-10 übertragbar, wobei die x-Achse in Richtung der Bewegungsrichtung der Transportvorrichtung verläuft und die z-Achse im Winkel von 90° zur x-Achse parallel zu den optischen Achsen der Linsenpakete nach oben. Der in Fig. 1 dargestellte beispielhafte Abschnitt einer erfindungsgemäßen Fertigungslinie umfasst zwei idente Arbeitsstationen 1 , eine Transportvorrichtung 2 und mehrere Teileträger 3, welche mit der Transportvorrichtung 2 getaktet zu den aufeinanderfolgenden Arbeitsstationen 1 bewegt werden. Durch die Transportvorrichtung 2 werden die Teileträger 3 mit geringer Genauigkeit unter der jeweiligen Arbeitsstation 1 platziert. Jede Arbeitsstation 1 weist einen Greifer 4 auf, welcher über ein Linearantriebssystem 5 schnell verfahren werden kann, um Linsen 6 aus einer Teilebereitstellungsstation 7 aufnehmen zu können und diese mit geringer Genauigkeit über dem Teileträger 3 positionieren zu können. Sobald die Linse 6 über dem Teileträger 3 positioniert ist, wird über eine optische Vorrichtung 8 die Ausrichtung der Linsen 6 zueinander erfasst und nachfolgend über eine Feinpositioniervorrichtung 9 die Ausrichtung der einzusetzenden Linse 6 vorgenommen. Die Feinpositioniervorrichtung 9 erlaubt bevorzugt eine Ausrichtung des Greifers 4 in sechs Achsen, beispielsweise kann die Feinpositioniervorrichtung 9 als Hexapod ausgeführt sein.
Der Greifer 4 hält die Linse 6 gegen die optische Vorrichtung 8, sodass die Linse 6 gegenüber der optischen Vorrichtung 8 eine definierte Position exakt einnimmt. Die Ausrichtung der Linse 6 gegenüber der optischen Vorrichtung 8 erfolgt bevorzugt bei Aufnahme aus der Teilebereitstellungsstation 7. Bei Ausrichtung der Linse 6 bezüglich des Teilehalters 3 bzw. der bereits im Teilehalter 3 eingesetzten Linse(n) wird die Position der einzusetzenden Linse 6 bezüglich der optischen Vorrichtung 8 nicht verändert, sondern die Linse 6 mitsamt der optischen Vorrichtung 8 durch die Feinpositioniervorrichtung 9 ausgerichtet. Das Ausrichten der Linse 6 erfolgt bevorzugt dadurch, dass eine Kamera bzw. einen Bildsensor ein Testbild 10 durch die optische Vorrichtung 8 und die Linse 6 hindurch abbildet. Wie in Fig. 1 dargestellt kann sich das Testbild 10 unterhalb des Linsenpakets befinden und der Bildsensor oberhalb des Linsenpakets. Das Testbild 10 kann sich vorteilhaft am Teileträger 3 befinden, sodass die erste eingesetzte Linse 6 eine fixe Relation zum Testbild 10 einnimmt, bevorzugt kann dabei bereits das Einsetzen der ersten Linse 6 unter optischer Überwachung erfolgen, sodass diese mit ihrer optischen Achse senkrecht auf das Zentrum des Testbilds 10 ausgerichtet ist.
Die Feinpositioniervorrichtung 9 kann alternativ zum Hexapod beispielsweise auch lineare Antriebe in x-, y- und/oder z-Richtung aufweisen, wobei bevorzugt zumindest eine zusätzliche Rotationsachse vorhanden ist, insbesondere um die Linse 6 um die z-Achse rotieren zu können. Die z-Achse ist dabei jene Achse des kartesischen Koordinatensystems, welche in etwa in Richtung der optischen Achse der Linse 6 verläuft.
Die Feinpositioniervorrichtung 9 kann auch zweigeteilt ausgeführt sein, wobei Antriebe der Feinpositioniervorrichtung 9 auf die optische Vorrichtung 8 wirken und Antriebe der Feinpositioniervorrichtung 9 auf den Greifer 4 wirken, also zwischen der optischen Vorrichtung 8 und dem Greifer 4. So kann beispielsweise zuerst die gesamte optische Vorrichtung 8 in der x-y Ebene und in z-Richtung auf das Testbild 10 bzw. den Bauteilträger 3 oder bereits eingesetzte Linsen 6 ausgerichtet werden und nachfolgend durch die Feinpositioniervorrichtung 9, die direkt auf den Greifer°4 wirkt, die Ausrichtung der einzusetzenden Linse 6 weiter verbessert werden. Beispielsweise kann die einzusetzende Linse 6 relativ zur optischen Vorrichtung 8 geschwenkt, oder um die eigene Achse gedreht werden.
In Fig. 2 ist ein und dieselbe erfindungsgemäße Arbeitsstation 1 zu drei unterschiedlichen Zeitpunkten des Positioniervorgangs einer Linse 6 gezeigt. Im links dargestellten ersten Schritt wird eine einzusetzende Linse 6 durch den Greifer 4 aus der Teilebereitstellungsstation 7 entnommen und bevorzugt zeitgleich der Teileträger 3 in den Arbeitsbereich der Arbeitsstation 1 bewegt bzw. getaktet. Im in der Mitte dargestellten zweiten Schritt wird die einzusetzende Linse 6 mit der Linearantriebseinheit 5 über der bereits eingesetzten Linse 6 positioniert. Die Linearantriebseinheit 5 weist zumindest eine angetriebene Bewegungsachse auf, um zwischen der Teilebereitstellungsstation 7 und der Arbeitsposition über dem Teilehalter 3 bewegt werden zu können. Die Linearantriebseinheit 5 kann wie dargestellt auch zwei angetriebene Achsen aufweisen, wobei eine horizontal in einem Winkel von 90° zur
Transportvorrichtung 2 also in y-Richtung und die zweite angetriebene Achse senkrecht in einem Wnkel von 90° zur Transportvorrichtung 2 also in z-Richtung ausgerichtet sein kann. Zudem kann eine dritte angetriebene Achse parallel zur Bewegungsrichtung der Transportvorrichtung 2 vorhanden sein, also in x-Richtung. Die Positionierung durch die Linearantriebseinheit 5 erfolgt dabei typischerweise mit ca. 5/100 mm Genauigkeit (50 μηι) und ist ausreichend genau, um mit dem Bildsensor eine Abbildung des Testbilds 10 durch die Linse 6 vornehmen zu können. Da die geforderte Genauigkeit der Linsenpositionierung in etwa bei 2 μηι liegt, wird die Abbildung des Testbilds 10 eine Verzerrung und/oder unscharfe Bereiche aufweisen.
Aus diesen Abweichungen vom Idealbild kann durch eine Software die benötigte Positionskorrektur der einzusetzenden Linse 6 errechnet werden und wie im rechts dargestellten dritten Schritt durch die Feinpositioniervorrichtung 9 vorgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Bildsensor der optischen Vorrichtung 8 laufend Abbildungen des Testbilds 10 aufnehmen und durch geregelte Bewegungsabläufe der Feinpositioniervorrichtung 9 die Abbildung des Testbilds 10 scharf bzw. richtig gestellt werden. Beispielsweise kann zuerst die optische Achse der optischen Vorrichtung 8 und der einzusetzende Linse 6 in der x-y Ebene auf das Zentrum des Testbilds 10 ausgerichtet werden, danach die z-Position also die Distanz der optischen Vorrichtung 8 und der Linse 6 zum Testbild 10 eingestellt werden und danach eine Verschwenkung der Linse 6 vorgenommen werden, um Verzerrungen des Testbilds auszugleichen. Abhängig davon, ob die erforderliche Genauigkeit nach diesen Schritten erreicht ist, können die Bewegungsabläufe erneut ausgeführt werden. Die genannten Bewegungsabläufe können auch in anderer Reihenfolg oder zeitgleich ausgeführt werden.
Nachdem die einzusetzende Linse 6 ausgerichtet ist, wird diese in dieser Position fixiert und der Greifer 4 kann diese loslassen (nicht dargestellt) und wieder zur Teilebereitstellungsstation 7 bewegt werden.
Das Fixieren kann durch Klebeauftrag erfolgen, die entsprechende Vorrichtung zur Vornahme des Klebeauftrags ist nicht dargestellt, diese kann vorzugsweise an der Linearantriebseinheit 5 befestigt sein und eine fixe Relation zu dieser aufweisen, da für den Klebeauftrag die Positioniergenauigkeit der Linearantriebseinheit 5 ausreichend ist. Der Klebeauftrag erfolgt zumindest an drei Punkten des Spalts zwischen den Linsen 6, um die Distanz der Linsen 6 zueinander an diesen Punkten zu fixieren.
Anstelle der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Linearantriebseinheit 5 könnte auch eine Einheit mit rotatorischen Achsen verwendet werden, beispielsweise ein 4- oder 6-Achs Roboter, um die grobe Positionierung vorzunehmen. Die Einheit zur groben Positionierung kann auch eine Kombination von linearen und rotatorischen Bewegungsachsen aufweisen.
Während der Positionierung und des Fixierens der einzusetzenden Linse 6 wird in der
Teilebereitstellungsstation 7 die nächste Linse 6 in die Entnahmeposition gebracht, welche dann in den folgenden Teileträger 3 in gleicher weise eingesetzt wird. Die Linsen 6 können der Teilebereitstellungsstation 7 zum Beispiel über eine Rutsche zugeführt werden, oder aktiv in die Entnahmeposition transportiert, beispielsweise geschoben, werden. Alternativ könnte auch die nächste Linse 6 von der Teilebereitstellungstation 7 aktiv an den Greifer 4 übergeben werden, beispielsweise indem ein Roboter die Linse 6 von einer Palette oder einem Fließband entnimmt und an den Greifer 4 übergibt. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die jeweilige Arbeitsstation nur eine Versteilvorrichtung aufweist, welche fein genug positionierbar ist, um die Lageabweichung der Transportvorrichtung 2 auszugleichen und einen ausreichenden Bewegungsbereich aufweist, um Linsen 6 aufnehmen zu können. Das kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Linsen 6 in unmittelbarer Nähe zur Arbeitsposition bereitgestellt werden, oder durch eine Bereitstellungsvorrichtung direkt in der Arbeitsposition an den Greifer 4 übergeben werden. In diesen Fällen kann eine erfindungsgemäße Arbeitsstation 1 nur eine Feinpositioniervorrichtung 9 aufweisen und keine zweite Positioniervorrichtung zum schnellen, aber zu ungenauen positionieren.
In Fig. 3 sind drei optische Vorrichtungen 1 1 , 12, 13 dreier aufeinanderfolgender Arbeitsstationen 1 einer beispielhaften erfindungsgemäßen Fertigungslinie im Detail gezeigt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die jeweils in den Arbeitsstationen einzusetzenden Linsen und die Linsen im Teilehalter 3 nicht dargestellt. Jede Arbeitsstation weist ein Testbild 10 und eine Kamera 14 auf. Als Testbild 10 ist ein Objekt (bzw. eine Darstellung) zu verstehen, welches von der Kamera 14 bzw. einem Bildsensor aufgenommen werden kann und Informationen enthält, welche zur Ausrichtung der Linsen 6 herangezogen werden können. Das Testbild 10 kann für alle Arbeitsstationen 1 ident sein. Als Testbild 10 kommen Kameratestbilder z.B. in Form von schwarz-weiß Abbildungen, physische Objekte wie beispielsweise ein Rastergitter, digitale Anzeigen in Form von hochauflösenden Anzeigeflächen oder Projektionen in Frage. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, kann sich das Testbild 10 oberhalb der optischen Vorrichtung 11 , 12, 13 befinden und die Kamera 14 unterhalb des Teileträger 3. Der Teileträger 3 weist ein Loch oder eine transparente Scheibe auf, sodass die Kamera 14 durch den Teileträger 3 hindurch Aufnahmen machen kann. Die optischen Vorrichtungen 11 , 12, 13 weisen einen Hohlkörper insbesondere einen Zylinder auf, dessen Öffnung zentral über der einzusetzenden Linse 6 angeordnet ist und so den Weg von der Kamera 14 zum Testbild 10 freigibt.
Da in jeder Arbeitsstation 1 eine andere Linse 6 an einer jeweils anderen Position des Linsenpakets einzusetzen ist, sind die optischen Vorrichtungen 1 1 , 12, 13 unterschiedlich ausgestaltet. In der ersten Arbeitsstation 1 mit der optischen Vorrichtung 11 , wird die drittletzte Linse 6 des Linsenpakets eingesetzt, daher sind im Hohlkörper der optischen Vorrichtung 11 optische Elemente 15, 16 angebracht, welche bevorzugt ident zur vorletzten und letzten einzusetzenden Linse 6 sind. Die optischen Elemente 15, 16 sollten dabei besonders exakt gefertigt sein, sodass sie kaum bis keine Abweichung von der Sollform der Linsen 6 aufweisen. Die optischen Elemente 15, 16 sind mit Abstandhaltern im Hohlkörper fixiert, welche den idealen Abstand herstellen, welchen zwei ideale Linsen 6 nach dem Fügen aufweisen sollen.
In der zweiten Arbeitsstation ist die vorletzte einzusetzende Linse 6 einzusetzen. Die optische Vorrichtung 12 weist daher nur noch ein optisches Element 15 auf, welches eine ideale Version der letzten einzusetzenden Linse 6 darstellt. In der dritten Arbeitsstation wird die letzte Linse 6 eingesetzt, die optische Vorrichtung 13 braucht daher kein optisches Element aufzuweisen. Anders formuliert weist die Arbeitsstation zum Einsetzen der letzten Linse einen Greifer 4 auf, der den optischen Pfad zwischen Kamera 14 und Testbild 10 freigibt. Die Arbeitsstation zum Einsetzen der letzten Linse kann daher auch unterschiedlich zu den vorangegangenen Arbeitsstationen ausgeführt sein, da die letzte Linse 6 nicht bezüglich einer optischen Vorrichtung 8 ausgerichtet zu werden braucht. In Fig. 3 sind ebenfalls drei optische Vorrichtungen 1 1 , 12, 13 dreier aufeinanderfolgender Arbeitsstationen 1 einer beispielhaften erfindungsgemäßen Fertigungslinie im Detail gezeigt, wobei die Kameras 14 oberhalb der optischen Vorrichtungen 11 , 12, 13 angebracht sind und die Testbilder 10 unterhalb der Teileträger 10.
In Fig. 5 sind die Arbeitsstationen der Fig. 3 mit Klebstoff-Applikatoren 17 zur Fertigung eines Linsenpakets, umfassend die Linsen 18, 19, 20 und 21 , dargestellt. Der Transport bzw. die Taktung der Teileträger 3 erfolgt von links nach rechts. Die erste Linse 18 wurde im Beispiel der Fig. 5 bereits vor Erreichen der linken Arbeitsstation eingesetzt. In der linken Arbeitsstation wird die Linse 19, welche die zweite Linse des Linsenpakets darstellt, vom Greifer 4 aufgenommen und gemeinsam mit der optischen Vorrichtung 1 1 so positioniert, dass die Kamera 14 eine scharfe, unverzerrte Aufnahme des Testbilds 10 aufnimmt. In dieser Position wird durch die Klebstoffapplikatoren 17 der ersten Arbeitsstation der Spalt zwischen der Linse 18 und der Linse 19 an zumindest drei Stellen mit Klebstoff gefüllt und der Greifer 4 in dieser Position belassen, bis der Klebstoff ausreichende Formstabilität aufweist. Zeitgleich wird in der mittleren Arbeitsstation die Linse 20, welche die dritte Linse des Linsenpakets darstellt, vom Greifer 4 aufgenommen und mit der optischen Vorrichtung 12 so positioniert, dass die Kamera 14 eine scharfe, unverzerrte Aufnahme des Testbilds 10 aufnimmt. In dieser Position wird durch die Klebstoffapplikatoren 17 der zweiten Arbeitsstation der Spalt zwischen der Linse 19 und der Linse 20 an zumindest drei Stellen mit Klebstoff gefüllt und der Greifer 4 in dieser Position belassen, bis der Klebstoff ausreichende Formstabilität aufweist.
Zeitgleich wird in der rechten Arbeitsstation die Linse 21 , welche die vierte und somit letzte Linse des Linsenpakets darstellt, vom Greifer 4 aufgenommen und so positioniert, dass die Kamera 14 eine scharfe, unverzerrte Aufnahme des Testbilds 10 aufnimmt. In dieser Position wird durch die Klebstoffapplikatoren 17 der dritten Arbeitsstation der Spalt zwischen der
Linse 20 und der Linse 21 an zumindest drei Stellen mit Klebstoff gefüllt und der Greifer 4 in dieser Position belassen, bis der Klebstoff ausreichende Formstabilität aufweist.
Sobald jede hinzugefügte Linse 19, 20, 21 in der jeweiligen Arbeitsstation ausreichend fixiert ist und die Greifer 4 aller Arbeitsstationen gelöst sind, werden die Teileträger 3 mit der Transportvorrichtung 2 weiterbewegt bzw. getaktet und jede Arbeitsstation führt die genannten Arbeitsschritte am nächsten Teileträger 3 durch.
In Fig. 6 sind vier Arbeitsstationen einer beispielhaften erfindungsgemäßen Fertigungslinie gezeigt, wobei bereits das Einsetzen der ersten Linse 21 mit aktiver optischer Ausrichtung erfolgt. Die Linse 21 wird beispielsweise auf einer Blende 26 befestigt. Im Beispiel der Fig. 6 befindet sich die Bildgebungseinheit in Form eines Bildsensor 25 oberhalb des Linsenpakets, wodurch die Linsen 18, 19, 20, 21 in umgekehrter Reihenfolge gegenüber der Fig. 5 platziert werden. Die optischen Elemente 22, 23, 24 sind in dieser Reihenfolge die idealen Versionen der Linsen 18, 19 und 20.
In der linken Arbeitsstation wird die Linse 21 , welche aus Blickrichtung des Bildsensors 25 die letzte Linse des Linsenpakets darstellt, vom Greifer 4 aufgenommen und mit der Feinpositioniervorrichtung 9 (nicht dargestellt) so positioniert, dass die Kamera 14 eine scharfe, unverzerrte und zentrierte Aufnahme des Testbilds 10 aufnimmt. In dieser Position wird durch die Klebstoffapplikatoren 17 der ersten Arbeitsstation der Spalt zwischen der Blende 26 und der Linse 21 an zumindest drei Stellen mit Klebstoff gefüllt und die Linse 21 in dieser Position belassen bis der Klebstoff ausreichende Formstabilität aufweist.
Zeitgleich werden in den folgenden drei Arbeitsstationen die Linsen 20, 19 und 18 in gleicher Weise ausgerichtet und fixiert. Wie in Fig. 6 gut zu erkennen ist, weist jede Arbeitsstation ein vollständiges Linsenpaket auf, wobei die noch fehlenden Linsen über der jeweils einzusetzenden Linse in der Arbeitsstation fixiert sind. Nach Einsetzen der letzten Linse 18 in der vierten Arbeitsstation kann das fertige Linsenpaket entnommen werden und/oder in einer folgenden Arbeitsstation mit einem Bildsensor versehen werden, um eine Kamera zu bilden. Beispielsweise kann dies nach dem bekannten Verfahren erfolgen, indem das fertige Linsenpaket durch aktive optische Ausrichtung am Bildsensor befestigt wird, wobei das vom Bildsensor aufgenommene Bild zur Ausrichtung des fertigen Linsenpakets verwendet wird. In Fig. 7 ist eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Fertigungslinie gezeigt, bei welchem das Linsenpaket bereits am Bildsensor 25 der zu fertigenden Kamera zusammengestellt wird. Dazu ist am Teileträger 3 eine Platine 30 befestigt, auf welcher der Bildsensor 25 angebracht ist. In der ersten Arbeitsstation wird die erste Linse 18 aktiv optisch ausgerichtet und danach direkt an der Platine 30 mit fixer Ausrichtung zum Bildsensor 25 befestigt. Die aktive optische Positionierung erfolgt dabei mit dem Bildsensor 25 der späteren Kamera, dazu überträgt der Bildsensor 25 über ein Datenkabel oder mit einer drahtlosen Sendeeinrichtung Bilddaten an eine Datenverarbeitungsanlage. Im Fall eines Datenkabels kann dieses mit der Transportvorrichtung 2 mitgeführt werden, oder im jeweiligen Arbeitsbereich der
Arbeitsstationen mit einer Schnittstelle an der Platine 30 verbunden werden. Die Ausrichtung und Montage der weiteren Linsen 19, 20, 21 erfolgt in den weiteren drei Arbeitsstationen auf gleiche Weise. Vorteilhaft an dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform ist, dass nach der letzten Arbeitsstation bereits das fertige Kameramodul vorliegt und jede Linse 18, 19, 20, 21 bestmöglich auf den tatsächlichen Bildsensor 25 der Kamera ausgerichtet ist.
Zu allen zuvor und in Folge beispielhaft beschriebenen Fertigungslinien ist anzuführen, dass in einer oder mehreren folgenden Arbeitsstationen der erfindungsgemäßen Fertigungslinie noch weitere Elemente wie eine Blende 26 hinzugefügt, oder ein Gehäuse bzw. ein Tubus über dem Linsenpaket befestigt werden könnte. Zudem könnte noch eine Versiegelung des Linsenpakets vorgenommen werden indem in weiteren Arbeitsschritten der initial an zumindest drei Punkten verklebte Spalt zwischen den Linsen 6 mit Klebstoff oder einem anderen Füllmaterial verschlossen wird. Die Fertigungslinie kann vorteilhaft in einem Reinraum angeordnet sein, oder ein Maschinengehäuse aufweisen, in welchem Reinraumbedingungen aufrechterhalten werden können. Besonders vorteilhaft ist der geringe Platzbedarf der erfindungsgemäßen Fertigungslinie, wodurch der benötigte Reinraum eine sehr geringe Größe aufweisen kann. Zu den Linsen ist anzuführen, dass die dargestellte Form rein beispielhaft ist und dass die Befestigung der Linsen aneinander zwar vorteilhaft aber nicht zwingend notwendig ist. Beispielsweise könnten die Linsen auch Glas- oder Kunststofflinsen ohne eigenen Anschlussbereich sein, die aber jeweils mit einem eigenen ringförmigen Gehäuseabschnitt als Anschlussbereich versehen wurden. Zudem könnten Linsen ohne ringförmigen Anschlussbereich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch an einer Befestigungsstruktur befestigt werden, beispielsweise an drei oder mehr senkrechten Stäben, an welchen die Linsen punktförmig verklebt werden. Die Stäbe sind beispielsweise so anzuordnen, dass der Greifer 4 der Arbeitsstation die Linse von oben zwischen diesen einführen kann. Anstelle die Linsen 6 mit einem ringförmigen Anschlussbereich auszuführen, können diese auch mit zumindest drei lokalen Anschlussvorsprüngen ausgeführt sein, beispielsweise in Form von radialen Verbreiterungen. An den Punkten oder Flächen an denen die Verklebung stattfindet, können die Linsen 6 eine raue oder dreidimensionale Oberflächenstruktur, beispielsweise in Form von vor und/oder zurückspringenden Halbkugeln, aufweisen, um eine bessere Verankerung des Klebstoffs zu erreichen.
Die Linsen 6 können an den Anschlussbereichen mit einer licht-undurchlässigen Schicht versehen werden, um einen ungewünschten Strahlgang durch den Anschlussbereich bis an den Bildsensor der fertigen Kamera zu vermeiden. Diese Schicht kann in Form einer Beschichtung auf die Oberfläche des Anschlussbereichs aufgebracht werden, oder in Form einer Blende auf den Anschlussbereich geklebt werden, beispielsweise bereits vor Zuführung der Linsen 6 über die Teilebereitstellungsstation 7 oder durch zusätzliche Bearbeitungsstationen zwischen den Arbeitsstationen 1. Eine Blende kann beispielsweise auch bereits bei Herstellung der Linsen 6 in diese eingegossen werden. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, dass die Funktion einer
Blende durch Verwendung eines undurchsichtigen beispielsweise schwarzen Klebstoffs zur Befestigung der Linsen 6 realisiert wird.
Es ist anzuführen, dass die beabstandete Positionierung der Linsen 6 zueinander vorteilhaft ist, da eine Lagekorrektur der Linsen 6 in der z-Richtung und durch Schwenken möglich ist, beispielsweise um Abweichungen der Dicke der Linse 6 oder eine schräge optische Achse der Linse 6 auszugleichen. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich aber in ähnlicher Weise anwenden, wenn die Linsen 6 direkt aneinander liegen, also jeweils eine untere und obere Referenzfläche mit exaktem Abstand (exakte Dicke des Anschlussbereichs der Linsen 6) zueinander aufweisen. In diesem Fall ist durch die jeweilige Feinpositioniervorrichtung 9 der Arbeitsstationen lediglich die Lage der jeweils einzusetzenden Linse 6 in der x-y Ebene zu korrigieren, nach dem die einzusetzende Linse 6 mit dem Greifer 4 koplanar auf die Referenzfläche aufgesetzt wurde.
Als Verallgemeinerung sei angeführt, dass der Teileträger 3 eine Feinpositioniervorrichtung 9 aufweisen kann, beispielsweise zur exakten Positionierung des Teileträgers 3 bzw. der im Teileträgers 3 aufgenommenen Befestigungsstruktur oder Linsen 6 in der x-y Ebene und/oder in z-Richtung.
In Fig. 8 ist das erfindungsgemäße Positionierverfahren einer Linse 6 in einer Arbeitsstation 1 als Flussdiagramm dargestellt. Im ersten Schritt 31 nimmt der Greifer 4 eine Linse 6 auf und wird über dem Teileträger 3 positioniert, indem der Teileträger 3 durch die Transportvorrichtung 2 und der Greifer 4 durch die schnelle aber zu ungenaue Antriebseinheit in der jeweiligen Arbeitsposition positioniert werden.
Im zweiten Schritt 32 wird durch die Kamera 14 bzw. den Bildsensor 25 das Testbild 10 aufgenommen.
Im dritten Schritt 33 wird die Abweichung zur idealen Abbildung des Testbilds durch eine Datenverarbeitungsanlage ermittelt. Ist die Abweichung innerhalb der geforderten Toleranz, wird in Schritt 35 das Fügen der Linse 6 vorgenommen. Ist die Abweichung außerhalb der geforderten Toleranz wird aus der Abweichung ein Stell- oder Regelwert für die Feinpositioniervorrichtung 9 erstellt und die Ausrichtung der Linse 6 im vierten Schritt 34 entsprechend korrigiert.
Das Aufnehmen von Bildern in Schritt 33 und die Positionskorrektur in Schritt 34 können dabei annähernd in Echtzeit ablaufen, indem die Kamera 14 bzw. der Bildsensor 25 laufend Aufnahmen des Testbilds 10 erstellt.
Sobald das aufgenommene Bild der idealen Abbildung des Testbilds 10 entspricht, wird die
Schleife beendet und es erfolgt das Fügen im fünften Schritt 35. Sollte das Ausrichten der Linse aus irgendeinem Grund scheitern, kann nach einer vorgebbaren Zeit der Vorgang abgebrochen werden und zu Schritt 37 übergegangen werden. Abhängig von der Implementierung kann in Schritt 37 die Linse 6 vom Greifer 4 entfernt werden und die bereits davor platzierten Linsen als Ausschuss gekennzeichnet werden (keine weiteren Linsen 6 werden hinzugefügt), oder die
Linse 6 wird dennoch fixiert, falls die Abweichung durch Hinzufügen der noch fehlenden Linsen 6 potentiell ausgeglichen werden kann.
Nachdem in Schritt 35 die Linse 6 fixiert wurde, wird im sechsten Schritt 36 der Greifer 4 gelöst und kann somit eine neue Linse 6 aufnehmen. Da der in Fig. 8 dargestellte Prozess bevorzugt zeitlich parallel von allen Arbeitsstationen 1 vorgenommen wird, werden die Teileträger 3 weiter getaktet sobald alle Greifer 4 aller Arbeitsstationen 1 gelöst sind und der Prozess startet mit dem ersten Schritt 31 von neuem. In Fig. 9 ist eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fertigungslinie bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Vorteilhaft daran ist, dass die Komplexität der Arbeitsstation reduziert ist und alle Arbeitsstationen 1 ident aufgebaut sein können. Dazu wird für jede Arbeitsstation 1 eine individuelle ideale Abbildung 38 des Testbilds 10 verwendet. Im Beispiel der Fig. 9 ist das Testbild 10 ein regelmäßiges Raster.
Die individuelle ideale Abbildung 38 entspricht der Abbildung des Testbilds 10 durch ein ideales Linsenpaket. Das ideale Linsenpaket ist dabei von Arbeitsstation zu Arbeitsstation verschieden und entspricht dem Linsenpaket, welches nach Platzieren der einzusetzenden Linse 6 der jeweiligen Arbeitsstation 1 vorliegt.
Für die linke Arbeitsstation 1 bedeutet dies, dass die ideale Abbildung 38 eine Abbildung des Testbilds 10, aufgenommen durch ein ideales Linsenpaket bestehend aus idealen Versionen der Linse 18 und Linse 19, ist.
Für die mittlere Arbeitsstation 1 bedeutet dies, dass die ideale Abbildung 38 eine Abbildung des Testbilds 10, aufgenommen durch ein ideales Linsenpaket bestehend aus idealen Versionen der Linse 18, der Linse 19 und der Linse 20 ist.
Für die rechte Arbeitsstation 1 bedeutet dies, dass die ideale Abbildung 38 eine Abbildung des Testbilds 10, aufgenommen durch ein ideales Linsenpaket bestehend aus idealen Versionen der Linse 18, der Linse 19, der Linse 20 und der Linse 21 ist.
Nur die individuelle ideale Abbildung 38 der rechten Arbeitsstation zeigt das Bild, wie es tatsächlich von der fertigen Kamera idealerweise aufgezeichnet werden kann.
Da das Linsenpaket in den vorangehenden Arbeitsstationen 1 nicht vollständig ist, wird von deren Kameras 14 jeweils ein verzerrtes Bild aufgenommen. Da die individuelle ideale Abbildung 38 aber eben eine ideale Abbildung dieses verzerrten Bildes ist, kann die ideale Position der Linse 6 gefunden werden, indem das tatsächlich von Kamera 14 aufgenommene Bild durch Ausrichtung der Linse 6 der individuellen idealen Abbildung 38 angeglichen wird.
Der Prozess der Fig. 8 ist somit auch für die Arbeitsstationen 1 der Fig. 9 anwendbar. In Schritt 32 wird dabei mit Kamera 14 ein Bild durch das jeweilige Linsenpaket aufgenommen und in Schritt 33 mit einer Datenverarbeitungsanlage 39 mit der individuellen idealen Abbildung 38 verglichen. Wird eine Abweichung festgestellt, wird die Position der Linse 6 in Schritt 34 korrigiert und das von der Kamera 14 aufgenommen Bild wieder mit der individuellen idealen
Abbildung 38 verglichen.
Sobald das von der Kamera 14 aufgenommen Bild mit der erlaubten Toleranz der individuellen idealen Abbildung 38 entspricht, wird in Schritt 35 die Linse 6 fixiert, beispielsweise durch Klebeauftrag mit Klebstoffapplikatoren 17. Nach erfolgter ausreichender Aushärtung (beispielsweise beschleunigt durch Beleuchtung mit UV-Licht) wird in Schritt 36 der Greifer 4 gelöst.
Natürlich kann bei der Vorrichtung der Fig. 9 die Position der Kamera 14 und des Testbilds 10 getauscht werden, bzw. kann auch wie zur Fig. 7 ausgeführt, die Montage der Linsen 6 am Bildsensor 25 vorgenommen werden. In Fig. 1 können die optischen Vorrichtungen 8 aller Arbeitsstationen 1 ident ausgestaltet sein und/oder nur den Bildsensor 25 enthalten, wenn das Verfahren der Fig. 9 mit den individuellen idealen Abbildungen 38 angewandt wird.
Vorteilhaft an dieser Ausführungsvariante ist, dass zum Umrüsten der Vorrichtung für die Herstellung eines anderen Linsenpakets nicht die optischen Elemente in den Arbeitsstationen 1 getauscht werden müssen, wie dies bei den Vorrichtungen der Fig. 3-7 der Fall wäre. Es muss nur für jede Arbeitsstation eine individuelle ideale Abbildung 38 erstellt werden, wobei diese auch computergestützt angefertigt werden kann, ohne tatsächlich Abbildungen durch eine ideale Linse oder ein ideales Linsenpaket anfertigen zu müssen.
Wie in Fig. 10 veranschaulicht können anstelle der individuellen idealen Abbildungen 38 auch individuelle Testbilder 10 verwendet werden, welche jeweils durch die in der jeweiligen Arbeitsstation 1 vorhandenen Linsen betrachtet, dasselbe Bild ergeben. Anstelle des regelmäßigen Rasters müsste dann beispielsweise bei der linken Arbeitsstation ein nach außen gewölbtes Raster verwendet werden, welches also gegengleich zur individuellen idealen Abbildung 38 der linken Arbeitsstation verzerrt ist. Bei Verwendung von individuellen Testbildern 10 in den Arbeitsstationen können diese vorteilhaft an einem Bildschirm dargestellt werden, sodass die Arbeitsstationen einen identen Aufbau aufweisen können und die individuellen Testbilder einfach an das zu fertigende Linsenpaket angepasst werden können. Um in jeder Arbeitsstation 1 das verzerrte Testbild 10 als ein scharfes, unverzerrtes Testmuster bzw. Gitter abzubilden, kann es notwendig sein, dass der Bildschirm jeder Arbeitsstation 1 einen individuellen Abstand zum Greifer 4 bzw. zur einzusetzenden Linse 6 aufweist, oder zwischen dem Bildschirm 10 und dem Greifer 4 eine zusätzliche Optik vorhanden ist, beispielsweise in Form eines Zoom-Objektivs. Zudem ist es möglich, dass jede Kamera 14 der Arbeitsstationen 1 ein individuelles Objektiv oder ein individuell eingestelltes Zoom-Objektiv aufweist. Der Abstand des Bildschirms, bzw. das individuelle Objektiv und/oder die individuelle
Zoomeinstellung des Objektivs sind in der jeweiligen Arbeitsstation einmalig so einzustellen, dass bei idealer Ausrichtung der einzusetzenden Linse 6 mit der Kamera 14 ein scharfes unverzerrtes Raster aufgenommen wird. Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Ausführungsvariante der Fig. 10 ist, dass die Bildanalyse immer anhand eines regelmäßigen Rasters (oder eines anderen Musters) erfolgt, wodurch diese von einer
Datenverarbeitungsanlage in kürzerer Zeit durchführbar ist, als es bei verzerrten oder unscharfen Abbildungen der Fall wäre.
In Fig. 11 ist eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung gezeigt, bei welcher zwischen zwei Arbeitsstationen 1 in denen Linsen 6 eingesetzt werden, eine Klebeauftragsstation 40 vorhanden ist. Die Positioniervorrichtungen der Arbeitsstationen 1 sind mit strichlierten Linien stark schematisch angedeutet. Die in Fig. 1 1 gezeigten Linsen 6 weisen an der oberen Seite des ringförmigen Anschlussbereichs einen erhöhten Steg auf, welcher einen erhöhten Rand zum inneren optischen Abschnitt der Linsen bildet. Am nach radial gesehen äußeren Bereich des Anschlussbereichs, welcher unterhalb des Steges liegt, erfolgt in der Klebeauftragsstation 40 der Klebeauftrag, wobei dieser rings um den erhöhten Steg erfolgen kann.
In der nachfolgenden Arbeitsstation 1 wird die einzusetzende Linse 6, welche an der unteren Seite des ringförmigen Anschlussbereichs entsprechend gegengleich zur oberen Seite des ringförmigen Anschlussbereichs der darunterliegenden Linse 6 ausgebildet ist, aktiv optisch ausgerichtet, wobei sich der Klebeauftrag gleichmäßig im Spalt zwischen den Linsen 6 verteilen wird und der erhöhte Steg verhindert, dass Klebstoff an den inneren optischen Teil der Linsen 6 gelangen kann. Ist die Linse 6 richtig positioniert, kann der Kleber beispielsweise durch UV- Lichtbestrahlung beschleunigt zum Aushärten gebracht werden. Vorteilhaft ist, dass der Zwischenraum zwischen den Linsen 6 dadurch versiegelt wird. Durch das vorgelagerte Auftragen des Klebstoffs kann zudem eventuell eine Reduktion der Taktzeit erreicht werden. Wie in Fig. 1 1 veranschaulicht ist, kann das Testbild 10, beispielsweise in Form eines Bildschirms zur Darstellung individueller Testbilder 10, auch oberhalb der jeweiligen Arbeitsstation 1 angebracht sein. Dazu ist der Greifer 4, bzw. das den Greifer 4 tragende Element nach oben hin offen. So kann das Testbild 10 beispielsweise sogar einige Meter Entfernung zum Greifer 4 aufweisen.
In Fig. 12 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, wobei in diesem Fall mehrere Linsen 6 an einer Arbeitsstation 1 eingesetzt werden. Der Teileträger 3 kann dabei automatisch oder manuell in der Arbeitsposition der Arbeitsstation 1 platziert werden. Weiters ist es möglich, dass der Teileträger 3 ein Teil der Arbeitsstation 1 ist, diese also nicht verlässt, wobei das fertige Linsenpaket nach Fertigstellung direkt in der Arbeitsstation 1 aus dem Teileträger 3 entnommen wird, sodass das nächste Linsenpakt am selben Teileträger 3 zusammengestellt werden kann. In der jeweiligen Arbeitsposition sind der Greifer 4 und der Teileträger 3 so positioniert, dass der Strahlengang vom Testbild 10 zur Kamera 14 durch die einzusetzende Linse 6 und die bereits eingesetzten Linsen verläuft. Das Testbild 10 wird von einem veränderlichen Display 41 angezeigt, sodass das Testbild 10 in Abhängigkeit der gerade einzusetzenden Linse, bzw. gemäß dem Fertigstellungsgrad des Linsenpakets geändert werden kann. Dadurch wird erreicht, dass das Bild der Kamera 14 unabhängig vom Fertigstellungsgrad des Linsenpakets immer eine unverzerrte Aufnahme des Testmusters ist. We veranschaulicht, kann es dabei nötig sein, dass das Display 41 eine Beweglichkeit in z-Richtung aufweist, um die Distanz zum Linsenpaket abhängig vom Zusammenstellungsgrad des Linsenpakets anzupassen, um das Testbild 10 in der jeweilige Schärfeebene zu positionieren.
Die erfindungsgemäße Ausführungsvariante des Verfahrens zum Zusammenstellen des Linsenpakets erfolgt dabei in folgenden Schritten:
- Aufnehmen der ersten einzusetzenden Linse 21 mit dem Greifer 4 der Arbeitsstation 1 und Platzieren der Linse 21 über dem Teileträger 3, - Feinpositionieren der ersten Linse 21 mit dem aktiven, optischen Ausrichtungsverfahren,
- Fügen der ersten Linse 21 ,
- Aufnehmen der zweiten einzusetzenden Linse 20 mit dem Greifer 4 der Arbeitsstation 1 und Positionieren über der bereits eingesetzten Linse 21 ,
- Feinpositionieren der zweite Linse 20 mit dem aktiven, optischen Ausrichtungsverfahren,
- Fügen der zweiten Linse 20,
- Aufnehmen der dritten einzusetzenden Linse 19 mit dem Greifer 4 der Arbeitsstation 1 und Positionieren über der zuvor eingesetzten Linse 20,
- Feinpositionieren der dritten Linse 19 mit dem aktiven, optischen Ausrichtungsverfahren, - Fügen der dritten Linse 19,
- Aufnehmen der vierten einzusetzenden Linse 18 mit dem Greifer 4 der Arbeitsstation 1 und Positionieren über der zuvor eingesetzten Linse 19,
- Feinpositionieren der vierten Linse 18 mit dem aktiven, optischen Ausrichtungsverfahren,
- Fügen der vierten Linse 18.
Wie dargestellt kann die Arbeitsstation 1 je einzusetzender Linse 18, 19, 20, 21 eine eigene Teilebereitstellungsstation 7 aufweisen. Alternativ bzw. zudem könnte die jeweils einzusetzende Linsen 6 beispielsweise von einem zusätzlichen Roboter an den Greifer 4 direkt in der Arbeitsposition über dem Teilehalter 3 übergeben werden. In dem Fall benötigt die Arbeitsstation 1 keine Linearantriebseinheit 5, um die unterschiedlichen Teilebereitstellungsstationen 7 anzufahren.
Vorteilhaft an der Vorrichtung der Fig. 12 ist der geringere Platzbedarf, sowie die geringeren Anschaffungskosten gegenüber einer Fertigungslinie mit einer Arbeitsstation 1 pro einzusetzender Linse 6. Nachteilig ist die längere Herstellungszeit je Linsenpaket gegenüber der erfindungsgemäßen Ausführungsvariante mit Linienfertigung.
Die Erfindung wurde anhand von mehreren beispielhaften Ausführungsvarianten beschrieben, der Schutz des Patents soll aber keinesfalls auf diese beschränkt sein und richtet sich nach den in den Ansprüchen beschriebenen Gegenständen. Insbesondere das unterschiedliche Kombinieren der verschiedenen, zu den einzelnen Varianten beschriebenen, erfindungsgemäßen Merkmale ist im Rahmen des fachmännischen Hadelns möglich.

Claims

Ansprüche
Verfahren für das Zusammenstellen von Linsenpaketen aus mehreren Linsen (6), dadurch gekennzeichnet, dass
in zumindest einer Arbeitsstation (1) zumindest eine Linse (6) mit aktiver optischer Ausrichtung an einem Bauteilträger (3), einem am Bauteilträger (3) befindlichen Bauteil oder an zumindest einer zuvor am Bauteilträger (3) eingesetzten Linse (6) befestigt wird, indem:
im ersten Schritt die Arbeitsstation (1) mit einem Greifer (4) eine Linse (6) aufnimmt und in einer Bearbeitungsposition relativ zum Teileträger (3) positioniert;
im nächsten Schritt in der Arbeitsstation (1) die Position und Ausrichtung der im Greifer (4) gehaltenen Linse (6) relativ zum Bauteilträger (3), dem am Bauteilträger (3) befindlichen Bauteil oder zumindest einer zuvor am Bauteilträger (3) eingesetzten Linse (6) überprüft wird, indem der Strahlengang einer optischen Messvorrichtung durch die im Greifer (4) befindliche Linse (6) und alle bereits im Bauteilträger (3) befindlichen Linsen (6) geführt wird;
im nächsten Schritt durch eine Datenverarbeitungsanlage aus den Daten der optischen Messvorrichtung Lageabweichungen der Linse (6) ermittelt werden und die Position und/oder Ausrichtung der im Greifer (4) befindlichen Linse (6) relativ zum Bauteilträger (3), dem am Bauteilträger (3) befindlichen Bauteil oder zumindest einer zuvor am Bauteilträger (3) eingesetzten Linse (6) geändert wird bis keine oder eine zulässige Lageabweichung vorliegt;
im nächsten Schritt die im Greifer (4) gehaltene Linse (6) am Bauteilträger (3), dem am Bauteilträger (3) befindlichen Bauteil oder zumindest einer zuvor am Bauteilträger (3) eingesetzten Linse (6) fixiert wird;
im nächsten Schritt der Greifer (4) die Linse (6) los lässt und mit dem ersten Schritt fortgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die optische Messvorrichtung einen Bildsensor (25) oder eine Kamera (14) aufweist, welche zumindest eine Abbildung eines Testbilds (10) durch die einzusetzende Linse (6) und alle bereits im Bauteilträger (3) angebrachten Linsen (6) hindurch aufnimmt und an die Datenverarbeitungsanlage übermittelt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungsanlage durch Analyse der von der Kamera (14) oder dem Bildsensor (25) übermittelten Bilddaten die Lageabweichung der einzusetzenden Linse (6) ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungsanlage die von der Kamera (14) oder dem Bildsensor (25) übermittelten Bilddaten mit einem idealen Referenzbild vergleicht, welches eine Aufnahme des Testbilds (10) durch ideal zusammengefügte ideale Versionen der jeweils einzusetzenden Linse (6) und der bereits im Bauteilträger (3) angebrachten Linsen (6) darstellt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Testbild (10) ein individuell verzerrtes Testmuster verwendet wird, welches von der Kamera (14) oder dem Bildsensor (25) durch die jeweils einzusetzende Linse (6) und die bereits im Bauteilträger (3) angebrachten Linsen (6) aufgenommen wird, wobei das individuelle verzerrtes Testmuster des Testbilds (10) so gestaltet ist, dass das aufgenommene Bild der Kamera (14) oder des Bildsensors (25) bei idealer Ausrichtung der einzusetzenden Linse (6) ein unverzerrtes Testmuster ergibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Arbeitsstation (1) die Abbildung des Testbilds (10) durch die in der jeweiligen Arbeitsstation (1) einzusetzende Linse (6) und die in der jeweiligen Arbeitsstation (1) bereits im Bauteilträger (3) angebrachten Linsen (6) und eine optische Vorrichtung (8) aufgenommen wird, wobei die optische Vorrichtung (8) ideal zusammengefügte ideale Versionen aller Linsen (6) enthält, welche für die Fertigstellung des Linsenpakets nach der jeweiligen Arbeitsstation (1) noch benötigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils in der Arbeitsstation (1) einzusetzende Linse (6) beabstandet zu dem am Bauteilträger (3) befindlichen Bauteil oder zumindest einer zuvor am Bauteilträger (3) eingesetzten Linse (6) positioniert und ausgerichtet wird und der Spalt zwischen der einzusetzenden Linse (6) und dem Bauteil oder der zuvor eingesetzten Linse (6) mit Füllmaterial, insbesondere Klebstoff gefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils in der Arbeitsstation (1) einzusetzende Linse (6) oder das am Bauteilträger (3) befindlichen Bauteil oder zumindest eine zuvor am Bauteilträger (3) eingesetzte Linse (6) bereits vor Einsetzen der einzusetzenden Linse (6) mit Klebstoff versehen wird und die einzusetzende Linse (6) so positioniert und ausgerichtet wird, dass sich zwischen der einzusetzenden Linse (6) und dem Bauteil oder der zuvor eingesetzten Linse (6) ein mit Klebstoff gefüllt Spalt ergibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Bauteilträger (3) eine Platine (30) mit Bildsensor (25) angebracht wird, wobei dieser Bildsensor (25) als Bildsensor (25) der optischen Messvorrichtung zur Ausrichtung der einzusetzenden Linsen (6) verwendet wird und die erste einzusetzende Linse (6) mit einer Arbeitsstation (1) direkt an der Platine (30) befestigt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (4) jeder Arbeitsstation (1) über eine schnelle aber für die Ausrichtung der einzusetzenden Linse (6) zu ungenaue Versteilvorrichtung zwischen einer Position zur Aufnahme einer Linse (6) von einer Teilebereitstellungsstation (7) und der Arbeitsposition am Teileträger (3) bewegt wird und durch eine Feinpositioniervorrichtung (9) die Korrektur der Lageabweichung der im Greifer (4) befindlichen Linse (6) relativ zum Bauteilträger (3), dem am Bauteilträger (3) befindlichen Bauteil oder zumindest einer zuvor am Bauteilträger (3) eingesetzten Linse (6) vorgenommen wird.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Feinpositioniervorrichtung (9) die Korrektur der Lageabweichung der im Greifer (4) befindlichen Linse (6) mit sechs Freiheitsgraden vorgenommen wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in einer Arbeitsstation (1) zumindest zwei Linsen (6) ein und desselben Linsenpakets jeweils mit aktiver optischer Ausrichtung gemäß den in Anspruch 1 definierten Schritten hinzugefügt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Linsenpaket auf einem Teileträger (3) in zumindest zwei Arbeitsstation (1) zusammengesetzt wird, wobei in jeder der zumindest zwei Arbeitsstationen (1) je zumindest eine Linse (6) mit aktiver optischer Ausrichtung gemäß den in Anspruch 1 definierten Schritten hinzugefügt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Teileträger (3) durch eine Transportvorrichtung (2) aufeinanderfolgend in den Arbeitsbereich der Arbeitsstationen (1) transportiert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Transportvorrichtung (2) mehrere Teileträger (3) getaktet relativ zu den
Arbeitsstationen (1) bewegt werden, wobei die Arbeitsstationen (1) zeitgleich das Einsetzen der jeweiligen Linse (6) an dem jeweiligen im Arbeitsbereich der Arbeitsstation (1) befindlichen Teileträger (3) vornehmen.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Testbild (10) auf einem Bildschirm dargestellt wird, wobei das am Bildschirm dargestellte Bild durch eine Datenverarbeitungsanlage änderbar ist.
17. Vorrichtung für das Zusammenstellen von Linsenpaketen aus mehreren Linsen (6), umfassend:
zumindest zwei Arbeitsstationen (1), welche jeweils einen Greifer (4) zur Aufnahme einer Linse (6) und eine Feinpositioniervorrichtung (9) zur exakten Positionierung und Ausrichtung des Greifers (4) aufweisen, wobei durch den Greifer (4) eine Linse (6) aufnehmbar ist und die Linse (6) in eine Bearbeitungsposition bringbar ist;
eine Transportvorrichtung (2), welche mehrere Teileträger (3) aufweist, wobei die Transportvorrichtung (2) durch den Arbeitsbereich von mehreren Arbeitsstationen (1) verläuft und je ein Teileträger (3) durch die Transportvorrichtung (2) an einer Bearbeitungsposition jeder Arbeitsstation (1) positionierbar ist;
je Arbeitsstation (1) eine Vorrichtung zum Fügen der vom Greifer (4) der jeweiligen Arbeitsstation (1) gehaltenen Linse (6) an bereits im Teileträger (3) platzierte Bauteile oder Linsen;
je Arbeitsstation (1) oder je Teileträger (3) einen optischen Empfänger, mit welchem ein Bild aufgenommen werden kann oder die Auftreffposition von Lichtstrahlen detektiert werden kann;
je Arbeitsstation (1) oder je Teileträger (3) eine Lichtquelle oder ein Testbild (10);
wobei in jeder Arbeitsstation (1) die von der Lichtquelle oder dem Testbild (10) stammenden Lichtstrahlen durch die im Greifer (4) gehaltene Linse (6) und alle bereits im Teileträger (3) platzierten Linsen (6) hindurch auf den optischen Empfänger treffen, wenn sich der Teileträger (3) und der Greifer (4) in der jeweiligen Bearbeitungsposition befinden.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Empfänger am Bauteilträger (3) befestigt ist. 19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer Empfänger am Greifer (4) jeder Arbeitsstation (1) befestigt ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Arbeitsstation (1) eine optische Vorrichtung (8) vorhanden ist, wobei die optische Vorrichtung (8) ideal zusammengefügte ideale Versionen aller Linsen (6) enthält, welche für die Fertigstellung des Linsenpakets nach der jeweiligen Arbeitsstation (1) noch benötigt werden, wobei die von der Lichtquelle oder dem Testbild (10) stammenden Lichtstrahlen auf dem Weg zum optischen Empfänger durch die optische Vorrichtung (8) hindurch verlaufen, wenn sich der Teileträger (3) und der Greifer (4) in der jeweiligen Bearbeitungsposition befinden. 21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Empfänger eine Kamera (14) oder ein Bildsensor (25) ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass jede Arbeitsstation (1) zur Bereitstellung der jeweils in der Arbeitsstation (1) einzusetzenden Linse (6) eine Teilebereitstellungsstation (7) aufweist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinpositioniervorrichtung (9) eine Positioniergenauigkeit kleiner gleich 2 μηι aufweist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass jede Arbeitsstation (1) zusätzlich zur Feinpositioniervorrichtung (9) eine Positioniervorrichtung zum schnelleren Positionieren des Greifers (4) aufweist.
PCT/AT2017/060033 2016-02-19 2017-02-17 Verfahren und vorrichtung zum fertigen von linsenpaketen WO2017139825A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50115/2016A AT518381A1 (de) 2016-02-19 2016-02-19 Verfahren und Vorrichtung zum Fertigen von Linsenpaketen
ATA50115/2016 2016-02-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017139825A1 true WO2017139825A1 (de) 2017-08-24

Family

ID=58410049

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/AT2017/060033 WO2017139825A1 (de) 2016-02-19 2017-02-17 Verfahren und vorrichtung zum fertigen von linsenpaketen

Country Status (2)

Country Link
AT (1) AT518381A1 (de)
WO (1) WO2017139825A1 (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110632727A (zh) * 2018-06-08 2019-12-31 宁波舜宇光电信息有限公司 光学镜头、摄像模组及其组装方法
CN111367090A (zh) * 2020-05-28 2020-07-03 宁波丞达精机有限公司 一种光学镜头光轴校正装置及方法
CN111458896A (zh) * 2020-04-28 2020-07-28 中国科学院西安光学精密机械研究所 全波段高精度变焦光学系统像面对接与共轴调整装置及方法
US11025807B1 (en) 2019-12-02 2021-06-01 Adasky, Ltd. System and method for optical alignment and calibration of an infrared camera lens
WO2022185111A1 (en) * 2021-03-04 2022-09-09 Adasky, Ltd. A system and method for lens alignment and bonding
US11582372B2 (en) 2019-12-02 2023-02-14 Adasky, Ltd. System and method for lens alignment and bonding

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020107298A1 (de) 2020-03-17 2021-09-23 Berliner Glas GmbH Verfahren und Justiervorrichtung zur Ausrichtung optischer Linsen

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040061947A1 (en) * 2002-06-19 2004-04-01 Seiko Epson Corporation Projection lens manufacturing apparatus, projection lens manufacturing method, projection lens manufactured by the projection lens manufacturing method and projector having the projection lens
JP2005283716A (ja) * 2004-03-29 2005-10-13 Nidec Copal Corp レンズ調芯装置及び方法
WO2009057714A1 (ja) * 2007-11-02 2009-05-07 Nalux Co., Ltd. レンズの調芯装置
US20110063739A1 (en) * 2008-04-09 2011-03-17 Hitachi Maxell, Ltd. Lens unit, camera module and manufacturing method of lens unit

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10250074B4 (de) * 2002-10-25 2006-06-08 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Aufbau mikrooptischer Bauteile

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040061947A1 (en) * 2002-06-19 2004-04-01 Seiko Epson Corporation Projection lens manufacturing apparatus, projection lens manufacturing method, projection lens manufactured by the projection lens manufacturing method and projector having the projection lens
JP2005283716A (ja) * 2004-03-29 2005-10-13 Nidec Copal Corp レンズ調芯装置及び方法
WO2009057714A1 (ja) * 2007-11-02 2009-05-07 Nalux Co., Ltd. レンズの調芯装置
US20110063739A1 (en) * 2008-04-09 2011-03-17 Hitachi Maxell, Ltd. Lens unit, camera module and manufacturing method of lens unit

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
OPTO ALIGNMENT: "Cementing Doublet", 29 July 2015 (2015-07-29), XP002770086, Retrieved from the Internet <URL:https://www.youtube.com/watch?v=lUf_DEFlFNs> [retrieved on 20170511] *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110632727A (zh) * 2018-06-08 2019-12-31 宁波舜宇光电信息有限公司 光学镜头、摄像模组及其组装方法
CN110632727B (zh) * 2018-06-08 2023-07-28 宁波舜宇光电信息有限公司 光学镜头、摄像模组及其组装方法
US11025807B1 (en) 2019-12-02 2021-06-01 Adasky, Ltd. System and method for optical alignment and calibration of an infrared camera lens
WO2021111299A1 (en) * 2019-12-02 2021-06-10 Adasky, Ltd. System and method for optical alignment and calibration of an infrared camera lens
US11252316B2 (en) 2019-12-02 2022-02-15 Adasky, Ltd. System and method for optical alignment and calibration of an infrared camera lens
US11356585B1 (en) 2019-12-02 2022-06-07 Adasky, Ltd. System and method for optical alignment and calibration of an infrared camera lens
US11582372B2 (en) 2019-12-02 2023-02-14 Adasky, Ltd. System and method for lens alignment and bonding
CN111458896A (zh) * 2020-04-28 2020-07-28 中国科学院西安光学精密机械研究所 全波段高精度变焦光学系统像面对接与共轴调整装置及方法
CN111458896B (zh) * 2020-04-28 2023-05-02 中国科学院西安光学精密机械研究所 全波段高精度变焦光学系统像面对接与共轴调整方法
CN111367090A (zh) * 2020-05-28 2020-07-03 宁波丞达精机有限公司 一种光学镜头光轴校正装置及方法
WO2022185111A1 (en) * 2021-03-04 2022-09-09 Adasky, Ltd. A system and method for lens alignment and bonding

Also Published As

Publication number Publication date
AT518381A1 (de) 2017-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017139825A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum fertigen von linsenpaketen
EP3166312B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum justieren und/oder kalibrieren eines multi-kamera moduls sowie verwendung einer solchen vorrichtung
EP0090218B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Justieren und Montieren von optischen Bauteilen in optischen Geräten
EP2989872B1 (de) Platziervorrichtung und platzierverfahren
EP2255930A1 (de) Verfahren und System zum hochpräzisen Positionieren mindestens eines Objekts in eine Endlage im Raum
EP2075096A1 (de) Verfahren und System zum hochpräzisen Positionieren mindestens eines Objekts in eine Endlage im Raum
DE10351669B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Handhabungsgeräts relativ zu einem Objekt
EP3516859A1 (de) Gehaustes kamerasystem, verfahren und vorrichtung zu dessen herstellung
DE102017210994A1 (de) Messsystem für eine Vorrichtung zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
WO2012013818A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum kalibrieren einer laserbearbeitungsmaschine unter verwendung eines laserlicht-sensors
DE102015220746A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Platzierung elektronischer Bauteile
EP1570927A1 (de) Blechaufnahmesystem für eine Blechbiegemaschine mit einer Durchlichteinheit
DE10257567B4 (de) Verfahren und Computerprogramm und computerlesbares Medium zum computergesteuerten Auftragen von Kleberaupen auf ein Bauteil
DE102017116042B4 (de) Verfahren und Bestückautomat zum Bestücken von Bauelementeträgern mit elektronischen Bauelementen
DE102007033345A1 (de) Verfahren zur Korrektur eines Fehlers des Abbildungssystems einer Koordinaten-Messmaschine
EP1082193B1 (de) Verfahren und einrichtung zur durchführung von arbeitsschritten an miniaturisierten baugruppen
DE68925209T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur sicherung der auswechselbarkeit von schattenmasken und frontscheiben während der herstellung von farbkathodenstrahlröhren
DE102022100717A1 (de) Automatisierte strahlabtastkalibrierung, -ausrichtung und - einstellung
EP3202573B1 (de) Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen sensors
DE202004020330U1 (de) Vorrichtung zur Überprüfung von Randbereichen flächiger Elemente
DE102004042023B4 (de) Optische Baugruppe und Verfahren zu deren Montage
DE10139596C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Postitionieren eines Objekts an einem Ziel
EP0998184B1 (de) Verfahren zum Handhaben von Bauteilen mittels eines Handhabungsgerätes und Handhabungsgerät zur Durchführung des Verfahrens
DE102005058519A1 (de) Verfahren zur Befestigung von Teilen mit hoher Genauigkeit
DE102004010376A1 (de) Vorrichtung zur Überprüfung von Randbereichen flächiger Elemente

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17713141

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17713141

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1