CN106772836A - 光通信次模块自动耦合装置及耦合过程中消除迟滞的方法 - Google Patents

Abstract

本发明光通信次模块自动耦合装置及耦合过程中消除迟滞的方法，包括底座、承载于底座上的下夹具、对应下夹具设置并位于下夹具之上的上夹具、连接上夹具并在竖直方向运动的Z轴、驱动所述Z轴运动的Z轴驱动器、连接所述下夹具并横向运动的X轴、连接所述下夹具并横向移动的Y轴、驱动所述X轴运动的X轴驱动器、驱动所述Y轴运动的Y轴驱动器；所述下夹具下部分延伸入底座中，所述X轴及所述Y轴插入底座中并与下夹具连接；所述X轴及Y轴的运动方向相互垂直。本发明通过设备的高度集成模式，取代传统的多人手工耦合的方式，提高生产效率；全自动实时监控光功率变化，提高产品过程监控能力，实时筛选光功率变化大的产品，提高产品合格率。

Description

光通信次模块自动耦合装置及耦合过程中消除迟滞的方法

技术领域

本发明涉及光通信次模块制造领域，具体是一种光通信次模块自动耦合装置及耦合过程中消除迟滞的方法。

背景技术

光通信是指通过光纤网络传输通信数据信息的通信方式，包括从器件到系统制造等多个环节。光通信因其频带宽、容量大、中继距离长、抗干扰性强、保密性强等特点得到飞速发展。20世纪90年代以来，光通信已成为各国电信业务传输的主要手段。光通信关键部分是一个光电转换的过程，通过一个半导体激光二极管把电转化成光，再通过光纤进行信息传输通信，而这个光电转化的过程就是由半导体激光二极管完成。因此，激光二极管需要封装成能够与光纤标准跳线或者光纤标准连接器相对接的结构，即光通信次模块，例如光发射次模块TOSA（Transmitter Optical Sub Assembly）、光发射接收次模块BOSA（Bi-directional Optical Sub Assembly）、光接收次模块ROSA（Receiver Optical Subassembly）。

光通信次模块接口一般是由一个套筒、一个插芯和金属件组成标准的接口，首先电信号通过激光二极管转化成光信号，通过激光二极管的顶部透镜聚焦形成一个直径在5-10微米的光斑，用耦合的方法使得这个微米级的光斑正好在插芯的纤芯内，单模插芯的纤芯的直径为9微米，因此把微米级的光斑耦合进入一个微米级的纤芯孔中，对耦合的工装、装夹的精度稳定性，焊接的能量等方面都要求很严格。现在绝大部分的光通信次模块的耦合过程都是依靠人手手工操作实现的，整个过程中的主观判断因数太多，比如夹具的使用习惯、产线生产工艺的配合、人员情绪等等因素，使得耦合得到的产品品质的一致性难以控制，从而影响下游的产品生产。

近年来，由于国家对光通信产业的支持，光通信行业得到迅速发展，因此对光通信产品的需求量也越来越大，同时，光通信产业生产的门槛降低，大批光模块厂家的出现。各个公司背景、服务的对象以及实力等因素，实际设计生产的激光次模块外形尺寸各有差异，导致存在多种类型的耦合工装夹具，各种工装生产的工艺不同，进而生产的产品的质量稳定性，产品的合格率和成本都不同，竞争也越来越激烈，制造的产品良莠不齐，并且设备商对光模块厂家的产品要求也越来越高。

从上述的情况下，对于品质、产量和价格的要求，需要一种新的生产工艺保证生产效率，降低耦合成本，保持产品质量稳定和产品的合格率，光通信次模块生产耦合自动化成为一个必然的趋势。

光通信次模块自动耦合装置使用的是驱动器带动驱动轴推动机械结构往复运动完成耦合，由于光通信次模块耦合需要微米级以上的精度，丝杠间的间隙及驱动器的精度都会使记录的位置与实际停留的位置产生偏差，这种现象是迟滞现象的表现。

因此，需要一种光通信次模块自动耦合装置及耦合过程中消除迟滞的方法以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种精度高、耦合效率高的光通信次模块自动耦合装置及耦合过程中消除迟滞的方法。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种光通信次模块自动耦合装置，包括底座、承载于所述底座上的下夹具、对应所述下夹具设置并位于下夹具之上的上夹具、连接所述上夹具并在竖直方向运动的Z轴、驱动所述Z轴运动的Z轴驱动器、连接所述下夹具并横向运动的X轴、连接所述下夹具并横向移动的Y轴、驱动所述X轴运动的X轴驱动器、驱动所述Y轴运动的Y轴驱动器；所述下夹具下部分延伸入底座中，所述X轴及所述Y轴插入底座中并与下夹具连接；所述X轴及Y轴的运动方向相互垂直。

进一步的，所述光通信次模块自动耦合装置还包括横梁、支撑所述横梁两侧并安装于底座上的一对支撑腿；所述横梁两侧套设在所述支撑腿上并在支撑腿上竖直移动；支撑腿上套设有弹簧，所述弹簧的两端分别抵靠横梁及底座，所述Z轴上设有在竖直方向上定位横梁的定位装置，所述定位装置位于横梁上并抵靠横梁。

进一步的，所述底座上设有激光器供电插座，所述激光器供电插座连接所述下夹具并给予下夹具中设置的导电装置供电。

进一步的，所述X轴、Y轴、Z轴均连接有驱动装置

一种耦合过程中消除迟滞的方法，包括以下步骤：

（A）激光器供电插座供电，将激光二极管安装在下夹具中，光纤标准连接器机构管芯安装于上夹具中，以便接收激光器发出的光功率；

（B）启动X轴、Y轴、Z轴驱动器按键，使X轴，Y轴带动安装在下夹具中的激光二极管沿各自轴线运动及Z轴沿Z轴轴线运动，寻找集成控制电路接收到的最大光功率；

（C）当X轴、Y轴、Z轴运动到最大光功率时， X轴、Y轴、Z轴停止运动，集成控制电路给焊接机焊接信号，将光纤标准连接器机构管芯及激光二极管进行激光焊接形成光通信次模块；

（D）焊接完毕后，手动松开下夹具，启动X轴、Y轴、Z轴驱动器复位按键，驱动装置将X轴、Y轴、Z轴复位至机械原始位置，以便安装下一套待焊接器件；

进一步的，所述步骤（B）包括以下步骤：

（1）X轴驱动器带动X轴往前运动规定的耦合距离h1，在此运动过程中，根据要求，集成控制电路会监测检测量及记录需要停留的与原点间的距离。

（2）驱动器带动X轴反方向运动直至第1步时的找光原点位置，在这个过程中，集成控制电路监测检测量，如果检测量符合要求，X轴则停止；如果运动到第1步时的找光原点位置时，检测量与第1步记录的检测量不符，则运行第3步；

（3）X轴驱动器带动X轴再沿第1步运动的方向由找光原点位置运动到第1步记录中的符合要求的检测量对应的位置；

（4）Y轴开始与X轴同样的第1步到第3步；

（5）各轴驱动装置将各轴复位至找光原点位置。

与现有技术相比，本发明光通信次模块自动耦合装置及耦合过程中消除迟滞的方法的有益效果是：一人对应一个设备的高度集成模式，取代目前传统的多人手工耦合对应一台焊接机器的方式，降低人力生产成本，易于实现流水化生产，减少内耗，提高生产效率；全自动实时监控光功率变化，能够有效降低人为因素的影响，保证产品的一次成品率；实现耦合焊接的数字化监控，提高产品过程监控能力，保证焊接稳定性，能够实时筛选光功率变化大的产品，提高产品的合格率。

附图说明

图1是本发明中光通信次模块自动耦合装置的立体图。

图2是本发明中光通信次模块自动耦合装置的主视图。

图3是本发明中自动耦合原理图。

图4是本发明中耦合过程中消除迟滞的方法的流程图。

图5是本发明中耦合装置运动轨迹的原理图。

图6是步骤(B)的流程图。

具体实施方式

请参阅图1至图6所示，光通信次模块自动耦合装置包括底座1、承载于底座1上的下夹具2、对应下夹具2设置并位于下夹具2之上的上夹具3、连接上夹具3并在竖直方向运动的Z轴4、驱动Z轴4运动的Z轴驱动器5、连接下夹具2并横向运动的X轴6、同样连接下夹具2并横向移动的Y轴7、驱动X轴6运动的X轴驱动器8、驱动Y轴7运动的Y轴驱动器9；下夹具2下部分延伸入底座1中，X轴6及Y轴7同样插入底座1中并与下夹具2连接；X轴6及Y轴7的运动方向相互垂直。该光通信次模块自动耦合装置还包括横梁10、支撑横梁10两侧并安装于底座1上的一对支撑腿11。横梁10两侧套设在支撑腿11上并在支撑腿11上竖直移动。支撑腿11上套设有弹簧12，弹簧12的两端分别抵靠横梁10及底座1。Z轴4上设有在竖直方向上定位横梁10的定位装置13，定位装置13位于横梁10上并抵靠横梁10。定位装置13能够使得焊接前位于上夹具3中的光纤标准连接器机构管芯及位于下夹具2中的激光二极管完全紧密贴合，并经定位装置13的锁紧，耦合平移的过程中上下两部分仍然是完全紧密贴合。底座1上设有激光器供电插座14，激光器供电插座14连接下夹具2并给予下夹具2中设置的导电装置供电。X轴、Y轴、Z轴均连接有位置传感器，耦合焊接完成后，重复复位至机械原始位置。

耦合过程中消除迟滞的原理为：将激光二极管安装在下夹具2中，光纤标准连接器机构管芯安装于上夹具3中，通过移动X轴6、Y轴7、Z轴4控制激光二极管及光纤标准连接器机构管芯的相对位置，同时将光纤标准连接器机构管芯和外接光纤跳线相连接并将耦合得到的光功率值反馈显示到一个显示屏上，在耦合的过程中，显示屏上显示的光功率值不断变化，使得X轴6、Y轴7、Z轴4都往光功率变大的方向移动，最后使得光功率最大值后，对光纤标准连接器机构管芯及激光二极管进行激光焊接形成光通信次模块。光纤标准连接器机构管芯没有接收到激光器发射出光时，X轴、Y轴、Z轴一定的范围内做往复的扫描运动，直到找到光。当机械的原始位置确定后，每个光通信次模块耦合制造完成后，都会自动复位到机械的原始位置，保证下一次耦合过程的完成。

耦合过程中消除迟滞的方法，包括以下步骤：

（A）激光器供电插座供电，将激光二极管安装在下夹具中，光纤标准连接器机构管芯安装于上夹具中，以便接收激光器发出的光功率；

（B）启动X轴、Y轴、Z轴驱动器按键，使X轴，Y轴带动安装在下夹具中的激光二极管沿各自轴线运动及Z轴沿Z轴轴线运动，寻找集成控制电路接收到的最大光功率；

（C）当X轴、Y轴、Z轴运动到最大光功率时， X轴、Y轴、Z轴停止运动，集成控制电路给焊接机焊接信号，将光纤标准连接器机构管芯及激光二极管进行激光焊接形成光通信次模块；

（D）焊接完毕后，手动松开下夹具，启动X轴、Y轴、Z轴驱动器复位按键，驱动装置将X轴、Y轴、Z轴复位至机械原始位置，以便安装下一套待焊接器件；

其中，上述步骤（B）包括以下步骤：

（1）X轴驱动器带动X轴往前运动规定的耦合距离h1（此耦合距离实际应为h1-△F），在此运动过程中，根据要求，集成控制电路会监测检测量及记录需要停留的与原点间的距离（此距离实际应为减去-△F）。

（2）第1步结束后，驱动器带动X轴反方向运动直至第1步时的找光原点位置，在这个过程中，集成控制电路监测检测量，如果检测量符合要求，X轴则停止；如果运动到第1步时的找光原点位置时，检测量与第1步记录的检测量不符，则运行第3步；

（3）X轴驱动器带动X轴再沿第1步运动的方向由找光原点位置运动到第1步记录中的符合要求的检测量对应的位置，这样X轴就与第1步运行的状态是一致的，抵消掉了由往复运动而产生的间隙导致的记录位置与实际位置不一致问题；因为最终运动到原点位置，这样X轴反方向运动产生的间隙△B可以不做考虑了。

（4）X轴的第1步到第3步结束后，Y轴开始与X轴同样的第1步到第3步；各轴这样运动后，消除了由于各轴之间存在的间隙导致各轴实际停在的位置与集成控制电路记录的位置产生的迟滞现象。保证了耦合的一致及准确性。

（5）各轴驱动装置将各轴复位至找光原点位置，以便安装下一套待焊接器件。

该方法不紧适用于此耦合设备，对于其他存在间隙的装置同样适用。

本发明的优点是：

1、一人对应一个设备的高度集成模式，取代目前传统的多人手工耦合对应一台焊接机器的方式，降低人力生产成本，易于实现流水化生产，减少内耗，提高生产效率；

2、全自动实时监控光功率变化，能够有效降低人为因素的影响，保证产品的一次成品率；

3、实现耦合焊接的数字化监控，提高产品过程监控能力，保证焊接稳定性，能够实时筛选光功率变化大的产品，提高产品的合格率。

4、保证产品的耦合效率。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.光通信次模块自动耦合装置，其特征在于：包括底座、承载于所述底座上的下夹具、对应所述下夹具设置并位于下夹具之上的上夹具、连接所述上夹具并在竖直方向运动的Z轴、驱动所述Z轴运动的Z轴驱动器、连接所述下夹具并横向运动的X轴、连接所述下夹具并横向移动的Y轴、驱动所述X轴运动的X轴驱动器、驱动所述Y轴运动的Y轴驱动器；所述下夹具下部分延伸入底座中，所述X轴及所述Y轴插入底座中并与下夹具连接；所述X轴及Y轴的运动方向相互垂直。

2.根据权利要求1所述的光通信次模块自动耦合装置，其特征在于：所述光通信次模块自动耦合装置还包括横梁、支撑所述横梁两侧并安装于底座上的一对支撑腿；所述横梁两侧套设在所述支撑腿上并在支撑腿上竖直移动；支撑腿上套设有弹簧，所述弹簧的两端分别抵靠横梁及底座，所述Z轴上设有在竖直方向上定位横梁的定位装置，所述定位装置位于横梁上并抵靠横梁。

3.根据权利要求1所述的光通信次模块自动耦合装置及耦合过程中消除迟滞的方法，其特征在于：所述底座上设有激光器供电插座，所述激光器供电插座连接所述下夹具并给予下夹具中设置的导电装置供电。

4.根据权利要求1所述的光通信次模块自动耦合装置及耦合过程中消除迟滞的方法，其特征在于：所述X轴、Y轴、Z轴均连接有驱动装置。

5.利用权利要求1-4中任意一项所述光通信次模块自动耦合装置的耦合过程中消除迟滞的方法，包括以下步骤：

（A）激光器供电插座供电，将激光二极管安装在下夹具中，光纤标准连接器机构管芯安装于上夹具中，以便接收激光器发出的光功率；

（B）启动X轴、Y轴、Z轴驱动器按键，使X轴，Y轴带动安装在下夹具中的激光二极管沿各自轴线运动及Z轴沿Z轴轴线运动，寻找集成控制电路接收到的最大光功率；

（C）当X轴、Y轴、Z轴运动到最大光功率时， X轴、Y轴、Z轴停止运动，集成控制电路给焊接机焊接信号，将光纤标准连接器机构管芯及激光二极管进行激光焊接形成光通信次模块；

（D）焊接完毕后，手动松开下夹具，启动X轴、Y轴、Z轴驱动器复位按键，驱动装置将X轴、Y轴、Z轴复位至机械原始位置，以便安装下一套待焊接器件；

根据权利要求5所述的耦合过程中消除迟滞的方法，其特征在于：所述步骤（B）包括以下步骤：

（1）X轴驱动器带动X轴往前运动规定的耦合距离h1，在此运动过程中，根据要求，集成控制电路会监测检测量及记录需要停留的与原点间的距离。

6.（2）驱动器带动X轴反方向运动直至第1步时的找光原点位置，在这个过程中，集成控制电路监测检测量，如果检测量符合要求，X轴则停止；如果运动到第1步时的找光原点位置时，检测量与第1步记录的检测量不符，则运行第3步；

（3）X轴驱动器带动X轴再沿第1步运动的方向由找光原点位置运动到第1步记录中的符合要求的检测量对应的位置；

（4）Y轴开始与X轴同样的第1步到第3步；

（5）各轴驱动装置将各轴复位至找光原点位置。