CN104907957B - 基于磁流变技术的同轴型光电子器件耦合用夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁流变技术的同轴型光电子器件耦合用夹具，包括夹具安装座和用于夹持工件的夹紧组件，夹紧组件通过一角度自动调整机构安装于夹具安装座上，角度自动调整机构包括外壁上设有凸球面的球面套筒，夹紧组件装设于球面套筒的内孔中，夹具安装座设有安装通孔，安装通孔的孔壁上设有凹球面，球面套筒装设于安装通孔内，且凸球面与凹球面球铰接配合，凸球面或凹球面上设有凹槽，凹槽内填充有磁流变液，夹具安装座上设有励磁绕组。本发明具有结构简单、制作成本低、耦合效率高、易于保证耦合精度等优点。

Description

基于磁流变技术的同轴型光电子器件耦合用夹具

技术领域

本发明涉及光电子器件自动化耦合封装技术领域，具体涉及一种基于磁流变技术的同轴型光电子器件耦合用夹具。

背景技术

随着光纤通信和光纤传感技术的发展，光电子器件的制备成为了光信息技术进一步发展的关键。有源器件是光纤通信系统中将电信号转换成光信号或将光信号转换成电信号的关键器件。同轴型有源光器件在光纤通信领域中得到了广泛的应用。

现有同轴光器件封装工艺中的关键步骤之一为激光器与光纤的耦合，封装要求所被焊接的光收发组件有极高的同轴度和定位精度，并且要求装卸器件简单快捷，在装载器件后能够对模块接通电源。耦合过程的第一步就是要将激光器的上表面与光纤的下表面调平，一种高效率、高精度、能自动将激光器调平的夹具，能使同轴型有源光器件耦合封装效率大幅度提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单、制作成本低、耦合效率高、易于保证耦合精度的基于磁流变技术的同轴型光电子器件耦合用夹具。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于磁流变技术的同轴型光电子器件耦合用夹具，包括夹具安装座和用于夹持工件的夹紧组件，所述夹紧组件通过一角度自动调整机构安装于夹具安装座上，所述角度自动调整机构包括外壁上设有凸球面的球面套筒，所述夹紧组件装设于球面套筒的内孔中，所述夹具安装座设有安装通孔，所述安装通孔的孔壁上设有凹球面，所述球面套筒装设于安装通孔内，且所述凸球面与凹球面球铰接配合，所述凸球面或凹球面上设有凹槽，所述凹槽内填充有磁流变液，所述夹具安装座上设有励磁绕组。

上述的夹具，优选的，所述凹槽为以凸球面和凹球面的球心为中心的环型槽。

上述的夹具，优选的，所述励磁绕组绕设于夹具安装座的安装环槽中，所述环型槽和安装环槽的轴线重合。

上述的夹具，优选的，所述夹具安装座由两个对接的半座体通过紧固件连接而成。

上述的夹具，优选的，所述夹具安装座通过立柱支承固定于一底座的上方。

上述的夹具，优选的，所述夹紧组件包括锁紧套筒、弹性夹头以及用于驱动弹性夹头伸缩运动的伸缩气缸，所述锁紧套筒固设于球面套筒的内孔中，所述伸缩气缸固定安装于锁紧套筒上，所述弹性夹头设有多个沿圆周布置的弹性夹瓣以及位于多个弹性夹瓣上的第一锥面，所述弹性夹头穿设于锁紧套筒的内孔中，所述锁紧套筒的内孔中设有与第一锥面配合迫使所有弹性夹瓣同步径向向内运动的第二锥面。

上述的夹具，优选的，所述弹性夹头内装设有在夹持工件时给工件上电的上电组件，所述上电组件包括电极、电极分离柱和电极弹簧，所述电极分离柱通过电极弹簧弹性支承于电极的上方。

上述的夹具，优选的，所述伸缩气缸的伸缩杆上固接有电极座，所述电极座上通过紧固件连接有安装螺母，所述弹性夹头以螺纹连接方式可拆卸连接于安装螺母上，所述电极固定安装于电极座上。

上述的夹具，优选的，所述弹性夹头自上而下穿过所述锁紧套筒的内孔与电极座相连。

上述的夹具，优选的，所述锁紧套筒过盈配合安装于球面套筒的内孔中。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明基于磁流变技术的同轴型光电子器件耦合用夹具，可使耦合装置节省至少两套分别驱动夹具绕X轴和Y轴摆动的高精度角度调整平台，使耦合装置的结构更加简单、紧凑，并大大降低了设备的成本；该夹具还不受传统角度调整平台的精度限制，能够无级调节使工件的上表面相对于水平面的角度，从而可提高耦合精度，保证产品的质量；同时通过励磁绕组的通断电来控制磁流变液进行固液转化的速度快，可实现球面套筒自由摆动和锁止状态的快速转换，因而调节激光器的上表面与光纤的下表面贴平的速度也快，能够大大提高耦合效率。

附图说明

图1为本发明夹具的立体结构示意图。

图2为本发明夹具的剖视结构示意图。

图3为本发明夹具在进行角度调整时的剖视结构示意图。

图例说明：

1、夹具安装座；11、安装通孔；12、凹球面；13、安装环槽；2、夹紧组件；21、锁紧套筒；211、第二锥面；22、弹性夹头；221、弹性夹瓣；222、第一锥面；23、伸缩气缸；24、上电组件；241、电极；242、电极分离柱；243、电极弹簧；25、电极座；26、安装螺母；3、球面套筒；31、凸球面；4、磁流变液；5、励磁绕组；6、凹槽；7、底座；8、立柱。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1至图3所示，本发明基于磁流变技术的同轴型光电子器件耦合用夹具，包括夹具安装座1和用于夹持工件（同轴型光电子器件中的激光器）的夹紧组件2，夹紧组件2通过一角度自动调整机构安装于夹具安装座1上，角度自动调整机构包括外壁上设有凸球面31的球面套筒3，夹紧组件2装设于球面套筒3的内孔中，夹具安装座1设有安装通孔11，安装通孔11的孔壁上设有凹球面12，球面套筒3装设于安装通孔11内，且凸球面31与凹球面12球铰接配合，球面套筒3可绕凸球面31和凹球面12的球心自由摆动，凸球面31上设有凹槽6，凹槽6内填充有磁流变液4，夹具安装座1上设有励磁绕组5。在励磁绕组5不通电时，凹槽6内的磁流变液4为液态，球面套筒3及夹紧组件2可绕凸球面31和凹球面12的球心自由摆动，在励磁绕组5通电时，可将磁流变液4变为类固体状态，变为类固体状态的磁流变液4会对凹球面12产生胀紧和摩擦作用，从而限制球面套筒3与夹具安装座1的相对转动，使球面套筒3相对于夹具安装座1保持固定，即将球面套筒3锁止。在进行同轴型光电子器件的耦合时，先使励磁绕组5断电，耦合装置的上夹具带着上器件（同轴型光电子器件中的光纤）向下运动下压夹紧组件2夹持的激光器，当光纤与激光器的配合面不平行时，光纤在下压过程中迫使激光器及压夹紧组件2绕凸球面31和凹球面12的球心自由摆动，可快速使激光器的上表面与光纤的下表面贴平；然后励磁绕组5通电，磁流变液4变为固态将球面套筒3锁止，使激光器保持在贴平后的位姿，此时只需调节激光器在水平面内的位移即可完成激光器和光纤的耦合。采用该夹具以后，耦合装置可节省至少两套分别驱动夹具绕X轴和Y轴摆动的高精度角度调整平台，使耦合装置的结构更加简单、紧凑，并大大降低了设备的成本；该夹具还不受传统角度调整平台的精度限制，能够无级调节使工件的上表面相对于水平面的角度，从而可提高耦合精度，保证产品的质量；同时通过励磁绕组5的通断电来控制磁流变液4进行固液转化的速度快，可实现球面套筒3自由摆动和锁止状态的快速转换，因而调节激光器的上表面与光纤的下表面贴平的速度也快，能够大大提高耦合效率。在其他实施例中，凹槽6也可以设在凹球面12上。

本实施例中，凹槽6为以凸球面31和凹球面12的球心为中心的环型槽，该环型槽的截面可以是矩形、圆弧形或其他形状，优选为圆弧形，励磁绕组5绕设于夹具安装座1的安装环槽13中。环型槽和安装环槽13的轴线重合，利于励磁绕组5使磁流变液4均匀的进行固液转化。

本实施例中，夹具安装座1包括两个半座体，两个半座体对接并通过连接形成具有安装通孔11和凹球面12的夹具安装座1，这样便于球面套筒3的装配，且半座体更加易于制作，降低了夹具安装座1的制作难度和成本。夹具安装座1通过立柱8支承固定于一底座7的上方，通过底座7可将整个夹具安装到耦合焊接设备上。

本实施例中，夹紧组件2包括锁紧套筒21、弹性夹头22以及用于驱动弹性夹头22伸缩运动的伸缩气缸23，锁紧套筒21以过盈配合安装方式固设于球面套筒3的内孔中，伸缩气缸23固定安装于锁紧套筒21上，弹性夹头22设有四个沿圆周布置的弹性夹瓣221以及位于四个弹性夹瓣221上的第一锥面222，四个弹性夹瓣221之间形成可使工件插入的插孔，其中，四个弹性夹瓣221与弹性夹头22为一体结构，弹性夹头22由弹簧钢制成。弹性夹头22穿设于锁紧套筒21的内孔中，锁紧套筒21的内孔中设有与第一锥面222配合迫使所有弹性夹瓣221同步径向向内运动的第二锥面211。球面套筒3、锁紧套筒21和弹性夹头22的轴线重合，其该重合的轴线通过凸球面31和凹球面12的球心。当伸缩气缸23驱使弹性夹头22向下运动时，第二锥面211与第一锥面222接触并迫使所有弹性夹瓣221同步径向向内运动，从而可夹紧工件，当伸缩气缸23驱使弹性夹头22向上运动时，第一锥面222与第二锥面211脱离，弹性夹瓣221在弹性复位作用下径向向外运动，从而可松开工件。该夹紧组件2中弹性夹头22在伸缩气缸23驱动下自动夹紧与松开，完全避免了现有手动夹紧夹具因反复夹紧与松开而造成夹头松动导致夹具刚性差的缺点。

本实施例中，弹性夹头22内装设有在夹持工件时给工件上电的上电组件24，上电组件24包括电极241、电极分离柱242和电极弹簧243，电极分离柱242通过电极弹簧243弹性支承于电极241的上方。上述伸缩气缸23的伸缩杆上通过紧固件固接有电极座25，电极座25上通过紧固件连接有安装螺母26，弹性夹头22以螺纹连接方式可拆卸连接于安装螺母26上，电极241固定安装于电极座25上。电极241和安装螺母26上开设有供电极241连线引出的槽。

本实施例中，弹性夹头22自上而下穿过锁紧套筒21的内孔与电极座25相连，弹性夹头22可从锁紧套筒21的内孔中取出或装入，便于拆装和更换弹性夹头22。在制作时，可将弹性夹头22下端到弹性夹瓣221之间的部分制成圆杆，使该圆杆的最大直径小于锁紧套筒21的内孔最小直径，即可使弹性夹头22直接从锁紧套筒21上部取出，或者从锁紧套筒21上部装入。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于磁流变技术的同轴型光电子器件耦合用夹具，包括夹具安装座（1）和用于夹持工件的夹紧组件（2），其特征在于：所述夹紧组件（2）通过一角度自动调整机构安装于夹具安装座（1）上，所述角度自动调整机构包括外壁上设有凸球面（31）的球面套筒（3），所述夹紧组件（2）装设于球面套筒（3）的内孔中，所述夹具安装座（1）设有安装通孔（11），所述安装通孔（11）的孔壁上设有凹球面（12），所述球面套筒（3）装设于安装通孔（11）内，且所述凸球面（31）与凹球面（12）球铰接配合，所述凸球面（31）或凹球面（12）上设有凹槽（6），所述凹槽（6）内填充有磁流变液（4），所述夹具安装座（1）上设有励磁绕组（5）。

2.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于：所述凹槽（6）为以凸球面（31）和凹球面（12）的球心为中心的环型槽。

3.根据权利要求2所述的夹具，其特征在于：所述励磁绕组（5）绕设于夹具安装座（1）的安装环槽（13）中，所述环型槽和安装环槽（13）的轴线重合。

4.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于：所述夹具安装座（1）由两个对接的半座体通过紧固件连接而成。

5.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于：所述夹具安装座（1）通过立柱（8）支承固定于一底座（7）的上方。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的夹具，其特征在于：所述夹紧组件（2）包括锁紧套筒（21）、弹性夹头（22）以及用于驱动弹性夹头（22）伸缩运动的伸缩气缸（23），所述锁紧套筒（21）固设于球面套筒（3）的内孔中，所述伸缩气缸（23）固定安装于锁紧套筒（21）上，所述弹性夹头（22）设有多个沿圆周布置的弹性夹瓣（221）以及位于多个弹性夹瓣（221）上的第一锥面（222），所述弹性夹头（22）穿设于锁紧套筒（21）的内孔中，所述锁紧套筒（21）的内孔中设有与第一锥面（222）配合迫使所有弹性夹瓣（221）同步径向向内运动的第二锥面（211）。

7.根据权利要求6所述的夹具，其特征在于：所述弹性夹头（22）内装设有在夹持工件时给工件上电的上电组件（24），所述上电组件（24）包括电极（241）、电极分离柱（242）和电极弹簧（243），所述电极分离柱（242）通过电极弹簧（243）弹性支承于电极（241）的上方。

8.根据权利要求7所述的夹具，其特征在于：所述伸缩气缸（23）的伸缩杆上固接有电极座（25），所述电极座（25）上通过紧固件连接有安装螺母（26），所述弹性夹头（22）以螺纹连接方式可拆卸连接于安装螺母（26）上，所述电极（241）固定安装于电极座（25）上。

9.根据权利要求8所述的夹具，其特征在于：所述弹性夹头（22）自上而下穿过所述锁紧套筒（21）的内孔与电极座（25）相连。

10.根据权利要求6所述的夹具，其特征在于：所述锁紧套筒（21）过盈配合安装于球面套筒（3）的内孔中。