用于对机器进行安全防护的基于相机的装置的制造方法
【专利说明】用于对机器进行安全防护的基于相机的装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2014年9月29日提交的德国专利申请DE 10 2014 114 066.4的优先权。该优先权申请的全部内容通过参弓I并入本文。
【背景技术】
[0003]本发明涉及用于对机器进行安全防护的基于相机的装置并且涉及可以有利地用于这种装置的相机单元。特别地，本发明涉及用于对机器一一比如折弯机或类似弯折、切削或冲压机器一一进行安全防护的相机单元和装置，其中，该机器具有相对于第二机器部执行工作运动的第一机器部。
[0004]DE 10 2007 004 724 A1描述了一种现有技术装置。该装置包括光源和相机单元，该光源和该相机单元设计成布置于压弯机的冲头的右侧和左侧，使得它们在冲头的工作运动期间同时地移动。同时地移动的光源产生了平行于冲头的前边缘延伸并且指向位于相反端处的同样同时地移动的相机单元的光束。相机单元接收光束并且以此方式可以直接地监测位于压制工具的前边缘前方的空间区域。在工作运动期间侵入所监测的空间区域被检测到并且通常特别地通过切断至压弯机的动力而导致停止工作运动。
[0005]在DE 10 2007 004 724 A1中还描述了适当的相机单元的机械设计。相机单元包括具有物镜本体的物镜以及布置于部件支承件上的电子图像传感器。物镜本体和部件支承件借助于联接机构而连接以形成一体式组件。联接机构具有两个限定的运动能力，这两个限定的运动能力能够使联接部一方面相对于物镜本体移位并且另一方面相对于部件支承件移位。借助于两个可释放的夹持机构，这两个运动能力可以独立于彼此实现或被阻挡。这实现了图像传感器的相对于物镜在各个方向上的非常精确调节。
[0006]然而，图像传感器的良好调节能力伴随了复杂的设计。特别地，需要联接机构的复杂的多部分设计来提供两个独立的运动能力。所述部件的磨损在高载荷下或由于强烈的震动或振动可以导致夹持机构松弛。这方面的结果是:会发生检测误差并且每隔一段时间需要进行重新调节。另外，复杂的设计对制造具有高要求，由此进而，这种相机单元的制造成本提高。因此，理想的是提供用于前述类型的装置的较简单相机单元。
【发明内容】
[0007]针对此背景，本发明的目的是提供一种用于前述类型的装置的相机单元，该相机单元可以在需要光学部件的减少的单独调节或者甚至不需要光学部件的单独调节的情况下而迅速并且简单地组装。
[0008]另一目的是提供一种通过使用这种改进的并且简化的相机单元来对机器进行安全防护的装置。
[0009]还一目的是提供一种有利于制造的并且提供了光学系统的坚固且高精度的设计的相机单元。
[0010]根据本发明的一方面，提供了一种用于对具有第一机器部和第二机器部的机器进行安全防护的装置，其中，第一机器部相对于第二机器部执行工作运动以对工件进行加工，该装置包括光源、相机单元和控制单元，其中，该相机单元构造成附接至第一机器部，使得在工作运动期间该相机单元与第一机器部一起同时地移动并且对位于第一机器部前方的空间区域进行观察，其中，光源构造成与相机单元相对地布置，使得在工作运动期间光源沿着空间区域照亮相机单元，其中，控制单元设计成根据由相机单元产生的信号来停止第一机器部的工作运动，并且其中，相机单元包括物镜本体、电子图像传感器、具有单件式本体的联接部和孔径光阑，在物镜本体中紧固有至少一个光学物镜元件，电子图像传感器布置在部件支承件上，物镜本体和部件支承件借助于该联接部接合成处于相对于彼此的限定的位置，由此形成一体式相机组件，其中，部件支承件具有其上布置有电子图像传感器的表面，并且其中，单件式本体固定地搁置于该表面上由此在不用单独调节的情况下使孔径光阑保持在相对于电子图像传感器的限定的位置处。
[0011]根据本发明的另一方面，提供了一种相机单元，该相机单元用于对机器进行安全防护或控制所用的装置，该相机单元包括物镜本体、电子图像传感器、具有单件式本体的联接部以及孔径光阑，在该物镜本体中紧固有至少一个光学透镜元件，该电子图像传感器布置在部件支承件上，物镜本体和部件支承件借助于联接部接合成处于相对于彼此的限定的位置，由此形成一体式组件，其中，部件支承件具有其上布置有电子图像传感器的表面，并且其中，单件式本体固定地搁置于部件支承件上，由此在不用单独调节的情况下使孔径光阑保持在相对于电子图像传感器的限定的位置处。
[0012]通过新式相机单元，孔径光阑固定地一一即不需要对于单独调节的限定的运动能力一一一体结合于联接部件内或者至少通过将物镜联接至图像传感器的联接部而精确地定位。联接部可以包括单件式设计的孔径光阑并且可以固定地连接至部件支承件。由于孔径光阑通过联接部而固定，可以省去图像传感器相对于孔径光阑的单独调节。换句话说，孔径光阑的相对于图像传感器以及相对于至少一个透镜元件的位置可以有利地仅取决于联接部的制造公差和部件支承件的制造公差。因此可以以成本有效的方式实现光学系统的高精度。
[0013]新式相机单元可以基本上仅由在不需要附加调节情况下被结合的三个部件一一即，物镜本体、包括孔径光阑的联接部以及包括图像传感器的部件支承件一一组装而成。另夕卜，使这三个部件相对于彼此固定在限定的相对位置能够通过简单的装置例如通过螺纹连接或插塞连接而实现，由此设计被进一步简化。少量的部件以及简单的设计实现了廉价的组件和低制造成本。
[0014]此外，新式相机单元针对强烈振动和震动特别地坚固，这是因为通过设计而不允许各单个部件之间的移动能力。有利地，该设计是低磨损的并且不需要重新调节。因此，完全地实现了前述目的。
[0015]在优选的改进中，单件式本体包括凹陷部，孔径光阑优选地居中地定位于该凹陷部的底部上。
[0016]在此改进中，孔径光阑可以特别良好地结合在联接部内并且固定成与图像传感器相距限定的距离。定位在凹陷部中的结果是，孔径光阑布置于联接部的由凹陷部的侧壁保护的内部内。优选地为圆形的凹陷部中的中心布置实现了孔径光阑相对于图像传感器的特别简单定位。
[0017]在另一改进中，部件支持件包括陶瓷衬底，该陶瓷衬底形成了其上布置有图像传感器的平滑表面。
[0018]此改进在两方面上是有利的。一方面，陶瓷衬底特别稳定并且对温度波动不敏感，使得联接部的本体可以相对于陶瓷衬底非常精确地定向。另一方面，陶瓷衬底是非常好的绝缘体，由此图像传感器可以布置成使得与孔径光阑和联接部电绝缘。特别有利地，图像传感器与联接部之间的距离被选定为使得可以排除由于与物镜本体和联接部连接的壳体上的静电荷引起的电压击穿。
[0019]在另一改进中，单件式本体包括至少第一定位销和第二定位销，并且部件支承件的表面包括第一开口和第二开口，其中，第一定位销嵌合在第一开口中，并且第二定位销嵌合在第二开口中。
[0020]此改进实现了简单且低廉的组件以及图像传感器相对于物镜的高定位精度。此夕卜，改进提供了非常坚固并且防振的设计。
[0021]在进一步改进中，图像传感器在没有传感器壳体的情况下直接地布置在部件支承件上。图像传感器优选地是直接胶接至部件支承件上的半导体芯片。
[0022]此改进实现了在图像传感器相对于物镜的定向期间的特别高的精度，这是由于消除了在半导体芯片安装于专用芯片壳体比如PGA或SPGA壳体中的情况下不可避免地导致的组装公差。
[0023]在另一改进中，相机单元还包括密封件，该密封件与联接部和部件支承件一起以防尘方式包封图像传感器。
[0024]在该改进中，图像传感器可以被特别良好地保护而免受污染和机械损伤，由此能够以低廉的方式实现附加保护。因此可以减少或完全排除由于污染引起的图像传感器的错误检测的风险。
[0025]在另一改进中，相机包括玻璃元件，该玻璃元件布置在联接部与图像传感器之间的净空间中。
[0026]该改进实现了特别坚固的设计，其中在图像传感器前方布置有玻璃元件。玻璃元件构成了用于光学系统的具有限定光学特性的介质并且因此确保了特别良好的成像特征。
[0027]在另一改进中，玻璃元件包括布置成与联接部的孔口同轴的另一隔膜。
[0028]在此改进中，该另一隔膜形成了在光学方面有效的孔径光阑，而联接部上的开口不具有光学功能。