一種利用光纖準直器實現透鏡準直光耦合的設備的製作方法

2024-04-15 02:22:05 4

1.本發明涉及光器件耦合封裝技術領域，特別涉及一種利用光纖準直器實現透鏡準直光耦合的設備。


背景技術：

2.單管雷射器是常見的雷射器，其主要由雷射器管殼、雷射器晶片、準直透鏡、光纖準直器組成，雷射器晶片用於產生雷射，依靠準直透鏡光束準直器完成光束的準直後出射，還包括連接環，用於連接光束準直器與雷射器管殼。耦合封裝的要求為將光束準直器與雷射器管殼準確定位後耦合封裝，使出射光的光功率等參數達標。傳統的耦合方式中光束準直器上下料、光功率計等的連接都需要人工作業，依靠人工作業不僅人工成本高，並且人工作業效率低下，還容易出現誤差，不僅影響耦合效果，不適合大批量自動化生產。現有技術中通過自動化設備改善了這一狀況。然而，由於單管雷射器的準直透鏡、光纖準直器均需要耦合，採用常規的自動化設備難以同時地對兩個器件進行耦合，保證耦合精度及封裝質量。


技術實現要素：

3.本發明的目的是：針對上述背景技術中存在的不足，提供一種能夠同時對準直透鏡、光纖準直器進行耦合，保證耦合精度及封裝質量的設備。
4.為了達到上述目的，本發明提供了一種利用光纖準直器實現透鏡準直光耦合的設備，包括透鏡裝料組件、透鏡夾持耦合組件、管殼定位組件、光纖準直器夾持組件、點膠固化組件以及光功率檢測組件，所述透鏡裝料組件用於準直透鏡的裝料，所述透鏡夾持耦合組件用於準直透鏡的取料、轉移以及耦合，所述管殼定位組件用於雷射器管殼的定位，所述光纖準直器夾持組件用於夾持定位光纖準直器，所述光纖準直器與所述光功率檢測組件連接，所述光功率檢測組件用於檢測光功率確認耦合精度，以同時確認準直透鏡、光纖準直器的耦合精度，所述點膠固化組件包括點膠機構與固化機構，所述點膠機構和所述固化機構用於準直透鏡以及光纖準直器的點膠固化。
5.進一步地，所述透鏡裝料組件包括透鏡料盤，所述透鏡料盤設置原點傳感器，所述透鏡料盤與中空電機連接以進行旋轉，所述透鏡料盤的中心開設有中心孔，所述中心孔通過所述中空電機連接負壓源，以產生負壓吸附料盤；
6.所述透鏡料盤的一側設置中轉臺，所述中轉臺用於所述透鏡夾持耦合組件拾取準直透鏡後中轉，以重新夾持準直透鏡使其保持水平。
7.進一步地，所述管殼定位組件包括管殼定位座以及管殼多維運動平臺，所述管殼定位座用於對雷射器管殼進行定位，依靠機械與負壓完成鎖定，所述管殼多維運動平臺用於調整所述管殼定位座的位置。
8.進一步地，所述透鏡夾持耦合組件包括透鏡夾具和透鏡多自由度平臺，所述透鏡多自由度平臺具有多個運動自由度，所述透鏡多自由度平臺還集成有所述點膠機構以及視覺檢測相機，以完成點膠作業以及俯視檢測；所述透鏡多自由度平臺還設置有z軸支撐氣
缸，以實現重力平衡。
9.進一步地，所述透鏡夾具包括微動夾爪以及驅動所述微動夾爪開合的超聲電機，所述微動夾爪設置一對，分別固定在所述超聲電機的兩個動子上，所述超聲電機的動子安裝於定子上，所述定子分別安裝有光柵尺和對應的讀數頭，以實現微動夾爪的精確位移控制；所述微動夾爪採用透明材料製成，以避免遮擋uv光；所述固化機構包括uv固化燈，所述uv固化燈設置在所述微動夾爪的上方，以使uv光均勻照射在準直透鏡處。
10.進一步地，所述透鏡夾具還包括探針卡，所述探針卡用於給發光晶片加電。
11.進一步地，所述光纖準直器夾持組件包括光纖準直器夾具以及光纖準直器運動平臺，所述光纖準直器運動平臺能夠驅動所述光纖準直器繞自身實現360度的旋轉，以進行360度點膠，所述光纖準直器與所述光功率檢測組件連接。
12.進一步地，所述光纖準直器被固定在所述光纖準直器夾具上，當入射光為平行光且和所述光纖準直器不存在角度和線性位移偏差時，所述光纖準直器接受到的光最大，通過光功率檢測的方式實現所述準直透鏡的耦合和與所述光纖準直器的對準。
13.進一步地，還包括視覺檢測組件，所述視覺檢測組件包括俯視相機、側視相機和斜視相機，所述俯視相機用於對準直透鏡與發光晶片進行識別與定位，所述側視相機用於對準直透鏡的側面識別與定位，所述斜視相機用於耦合過程中準直透鏡、發光晶片以及光纖準直器的監控。
14.進一步地，所述側視相機的前方還設置有反射鏡機構，所述反射鏡機構包括反射鏡以及驅動所述反射鏡位移的切換氣缸，所述反射鏡相對於所述側視相機45度設置，以使所述側視相機能夠識別準直透鏡的兩個側面；
15.當切換氣缸遠離所述側視相機的軸線運動時，所述側視相機能夠直接檢測準直透鏡側邊，當切換氣缸靠近所述俯視相機的軸線時，通過45度的所述反射鏡，將所述俯視相機的視線進行90度轉換，從而完成對準直透鏡的另一側的識別。
16.本發明的上述方案有如下的有益效果：
17.本發明提供的利用光纖準直器實現透鏡準直光耦合的設備，依靠透鏡夾持耦合組件、管殼定位組件以及光纖準直器夾持組件等的設置，能夠讓準直透鏡的準直光直接進入光纖準直器中，最終檢測光功率同時確認準直透鏡以及光纖準直器的耦合精度並完成耦合封裝，因此可以保證準直透鏡、光纖準直器的耦合精度達標，且耦合封裝效率及質量均有提升；
18.本發明的其它有益效果將在隨後的具體實施方式部分予以詳細說明。
附圖說明
19.圖1為本發明的整體結構示意圖；
20.圖2為本發明的設備原理示意圖；
21.圖3為本發明的透鏡裝料組件、管殼定位組件、光纖準直器夾持組件示意圖；
22.圖4為本發明的光纖準直器旋轉360度及點膠示意圖；
23.圖5為本發明的透鏡夾持耦合組件示意圖；
24.圖6為本發明的透鏡夾具示意圖；
25.圖7為本發明的反射鏡機構示意圖。
26.圖8為本發明的光功率檢測原理示意圖。
27.【附圖標記說明】
28.100-透鏡裝料組件；101-透鏡料盤；102-料盤位移模組；103-中轉臺；200-透鏡夾持耦合組件；201-微動夾爪；202-超聲電機；203-探針卡；204-透鏡x軸滑臺；205-透鏡y軸滑臺；206-透鏡z軸滑臺；207-固定座；208-透鏡x軸轉臺；209-透鏡y軸轉臺；210-透鏡傾斜轉臺；211-z軸支撐氣缸；212-動子；213-定子；214-光柵尺；300-管殼定位組件；301-管殼定位座；302-管殼多維運動平臺；400-光纖準直器夾持組件；401-光纖準直器夾具；402-光纖準直器運動平臺；500-點膠固化組件；501-點膠機構；502-uv固化燈；701-準直透鏡；702-雷射器管殼；703-光纖準直器；704-發光晶片；801-俯視相機；802-側視相機；803-斜視相機；804-反射鏡；805-切換氣缸。
具體實施方式
29.為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。此外，下面所描述的本發明不同實施方式中所涉及的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互結合。
30.在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
31.在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是鎖定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
32.如圖1、圖2所示，本發明的實施例提供了一種利用光纖準直器實現透鏡準直光耦合的設備，包括透鏡裝料組件100、透鏡夾持耦合組件200、管殼定位組件300、光纖準直器夾持組件400、點膠固化組件500以及光功率檢測組件。其中，透鏡裝料組件100用於準直透鏡701的裝料。透鏡夾持耦合組件200用於準直透鏡701的取料、轉移以及耦合。管殼定位組件300用於雷射器管殼702的定位，使準直透鏡701及光纖準直器703耦合過程中雷射器管殼702的位置確定。光纖準直器夾持組件400用於夾持定位光纖準直器703，同時光纖準直器703與光功率檢測組件連接，光功率檢測組件可以採用光功率積分球等形式，用於檢測光功率確認耦合精度，當光功率達到設定值以上時表明耦合精度達標。可以理解的是，當確認耦合精度達標時，準直透鏡701、光纖準直器703的耦合精度均已經達標。最終，依靠點膠固化組件500將準直透鏡701、光纖準直器703與雷射器管殼702點膠固化，完成準直透鏡701與光纖準直器703的同步封裝。
33.同時如圖3所示，在本實施例中，透鏡裝料組件100包括透鏡料盤101，透鏡料盤101
設置原點傳感器用於定位，同時透鏡料盤101與中空電機102連接以進行旋轉調整角度，確保透鏡夾持耦合組件200拾取準直透鏡701時其方向角是準確的。其中，透鏡料盤101的中心開設有中心孔，中心孔通過中空電機102連接負壓源，以產生負壓吸附透鏡料盤101；
34.另外，透鏡料盤101的一側還設置中轉臺103，中轉臺103用於透鏡夾持耦合組件200拾取準直透鏡701後放置在中轉臺103上，以重新夾持準直透鏡103，並使其保持水平。
35.在本實施例中，管殼定位組件300包括管殼定位座301以及管殼多維運動平臺302。其中，管殼定位座301用於對雷射器管殼702進行定位，主要通過機械限位和負壓吸附的方式保證雷射器管殼702的位置穩定，因此可設置夾持塊、負壓吸附孔等。管殼多維運動平臺302用於調整管殼定位座301的位置，使耦合封裝時管殼定位座301處於預設位置(作為基準位置)，確保準直透鏡701、光纖準直器703的耦合可行性。作為優選的實施方式，管殼多維運動平臺302具有六維的運動自由度，能夠保證位置調節的準確性，可事先通過標準件將管殼多維運動平臺302調整到位。
36.同時如圖5、圖6所示，在本實施例中，透鏡夾持耦合組件200包括透鏡夾具和透鏡多自由度平臺。其中，透鏡多自由度平臺具有多個運動自由度，用於驅動透鏡夾具動作完成準直透鏡701的取料、轉移以及耦合等工序。
37.透鏡夾具包括微動夾爪201以及驅動微動夾爪201開合的驅動部，具體到本實施例中，驅動部為超聲電機202，微動夾爪201設置一對，分別固定在超聲電機202的兩個動子212上，超聲電機202的動子212、即導軌動子安裝於定子213上，定子213分別安裝有光柵尺214和對應的讀數頭，以實現微動夾爪201的精確位移控制。依靠超聲電機202控制微動夾爪201的開合，完成準直透鏡701的精準夾持。
38.作為優選的實施方式，本實施例中微動夾爪201採用透明材料製成，能夠保證其上方的uv光均勻照射在被夾持的準直透鏡701上，不會被微動夾爪201遮擋，提升後續uv固化的效率及質量。
39.作為進一步改進，本實施例中透鏡夾具還包括探針卡203。其中，探針卡203與驅動部202、即超聲電機的底座固定，探針卡203能夠直接接觸發光晶片704並給發光晶片704加電，因此在耦合過程中雷射器管殼702無需再另接線路，透鏡夾持耦合組件200在耦合時直接加電、光功率檢測組件直接檢測光功率即可，提升了作業的便捷性。
40.可以理解的是，探針卡203的位置與微動夾爪201的位置是對應的，即微動夾爪201夾持準直透鏡701在雷射器管殼702的耦合位置附近微調時，探針卡203正好對應雷射器管殼702內的發光晶片704並接觸加電，確保耦合及光功率檢測的順利進行。
41.在本實施例中，透鏡多自由度運動平臺具有六個自由度，包括透鏡x軸滑臺204、與透鏡x軸滑臺204連接的透鏡y軸滑臺205，與透鏡y軸滑臺205連接的透鏡z軸滑臺206、與透鏡z軸滑臺206連接的固定座207，以及布設在固定座207上的透鏡x軸轉臺208、與透鏡x軸轉臺208連接的透鏡y軸轉臺209、與透鏡y軸轉臺209連接的透鏡傾斜轉臺210，透鏡夾具的驅動部202與透鏡傾斜轉臺210連接。因此，透鏡夾具具有三個方向的平移自由度以及三個方向的旋轉自由度，能夠滿足準直透鏡701取料、轉移以及耦合需求。其中，透鏡x軸滑臺204、透鏡y軸滑臺205、透鏡z軸滑臺206、透鏡x軸轉臺208、透鏡y軸轉臺209、透鏡傾斜轉臺210等均採用精密運動平臺，而保證耦合精度。
42.值得一提的是，由於透鏡x軸轉臺208、透鏡y軸轉臺209、透鏡傾斜轉臺210、透鏡夾
具等均位於固定座207的同一側，因此透鏡多自由度運動平臺、尤其是透鏡z軸滑臺206受到的扭矩比較明顯，本實施例中在透鏡z軸滑臺206上還設置z軸支撐氣缸211，其位於固定座207的另一側，活塞杆端部與固定座207連接，以對固定座207提供相反的扭矩保證其平衡。
43.請再次參閱圖3以及圖4，在本實施例中，光纖準直器夾持組件400包括光纖準直器夾具401以及光纖準直器運動平臺402。其中，光纖準直器運動平臺402具有多個自由度，本實施例中同樣為六個，能夠充分地保證光纖準直器703調整位置，且其中一個自由度能夠讓光纖準直器703繞自身實現360度的旋轉，以進行環形點膠，具體到本實施例中為x軸旋轉自由度。
44.光纖準直器夾具401上開設有槽口，光纖準直器703的第一端位於槽口內並被卡緊定位，光纖準直器703的第二端則與光功率檢測組件連接，因此，通過準直透鏡701的平行光能夠進一步進入光纖準直器703內，最終進入光功率檢測組件。
45.在本實施例中，點膠固化組件500包括點膠機構501與固化機構。其中，點膠機構包括膠針、點膠氣缸和膠桶，膠針與膠桶連通，點膠氣缸的活塞杆端部用於壓縮膠桶出膠，最終通過膠針完成點膠。
46.需要說明的是，本實施例中點膠機構501與透鏡夾持耦合組件200、例如固定座207連接，在透鏡夾具移動至耦合位置耦合時，點膠機構501位於一側待點膠，後續點膠作業時整體x向平移(或其它方向)、使點膠機構501對準點膠位置即可。
47.在本實施例中，固化機構包括uv固化燈502，優選地，uv固化燈502與透鏡夾具連接，且位於微動夾爪201的上方，確保uv光均勻向下照射於雷射器管殼702的兩個點膠位置，保證準直透鏡701及光纖準直器703的耦合效果。
48.在本實施例中，還設置視覺檢測組件，視覺檢測組件用於檢測整個耦合封裝過程中器件夾持、耦合的狀況。具體來說，視覺檢測組件包括俯視相機801、側視相機802和斜視相機803，俯視相機801通過支架與透鏡夾持耦合組件200的固定座207連接，用於對準直透鏡701與發光晶片704進行識別與定位，從而完成對其位置的初步標定，側視相機802設置在透鏡裝料組件100一側，用於對準直透鏡701的側面識別與定位，尤其中轉時確認準直透鏡701的夾持精度，斜視相機803斜向設置在管殼定位組件300一側，用於耦合過程中準直透鏡701、發光晶片704以及光纖準直器703的監控，確保耦合過程中的有序作業。
49.同時如圖7所示，側視相機802的前方還設置有反射鏡機構，反射鏡機構包括反射鏡804以及驅動反射鏡804位移的反射鏡驅動模組，採用切換氣缸805的形式，反射鏡804相對於側視相機801是45度設置的，以使側視相機801能夠識別準直透鏡701的兩個側面。即當需要識別準直透鏡701的前側面時，切換氣缸805控制反射鏡804收回，側視相機801直接識別準直透鏡701的前側面；當需要識別準直透鏡701的左側面時，切換氣缸805控制反射鏡804伸出，側視相機801在反射鏡804成像作用下識別準直透鏡701的左側面，因此準直透鏡701在中轉臺103上被重新夾持後可以進一步確定水平度。
50.採用本實施例提供的設備耦合封裝作業時，當雷射器管殼702、光纖準直器703均到位後，透鏡夾持耦合組件200從透鏡裝料組件100拾取準直透鏡701並移動至耦合位置耦合，同時對發光晶片704加電，依靠光功率檢測組件檢測光纖準直器703接收的光功率確認耦合精度，再通過點膠機構501依次對準直透鏡701封裝位置、光纖準直器703封裝位置點膠，點膠過程中準直透鏡701隨透鏡夾具離開封裝位置，光纖準直器703點膠時旋轉360度而
形成環形點膠區域，最後透鏡夾具夾持準直透鏡701返回至封裝位置，且uv固化燈502開啟持續對兩個點膠處固化，此時透鏡夾具保持準直透鏡701的夾持狀態以及發光晶片704的上電狀態，以在固化過程中持續檢測光功率，確保耦合封裝的精度及質量。光功率檢測的原理如圖8所示，當準直透鏡701相對於光纖準直器703水平方向、豎直方向以及角度方向有偏差時，光功率均偏低；而當光功率達到預設值以上時，表明準直透鏡701與光纖準直器703的耦合精度均達標。
51.以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。