CN109164549B - 一种同轴器件耦合装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于光通信技术领域，公开了一种同轴器件耦合装置，包括光学部件固定架、激光器TO夹头；光学部件固定架用于对镜头和圆方管体的位置进行固定，激光器TO夹头用于对激光器TO的位置进行固定；光学部件固定架包括圆方管体夹爪、镜头架、第一滑轨、第一气缸、支撑板、微调架；圆方管体夹爪固定在镜头架上，镜头架通过第一转接板连接到第一滑轨上，第一滑轨固定在支撑板上，第一转接板的底部与第一气缸的活塞杆连接，第一气缸通过第二转接板固定在支撑板上，支撑板固定在微调架上。本发明具有结构简单、成本较低、耗时少、效率高的优点。

Description

一种同轴器件耦合装置

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种同轴器件耦合装置。

背景技术

激光器TO管芯在使用前，首先与封焊套筒经过电阻焊或者压配后组成激光器组件(以下简称激光器TO)。当电信号加载到激光器TO的正负端，激光器TO将处于工作状态，经过光耦合过程，将激光器TO与其他光学部件，如光纤适配器、圆方管体等，进行光轴等的对准，并根据不同器件对光功率的不同要求，将光学部件之间的相对位置调整到合适位置，最后通过激光焊接将这些光学部件固定在一起。现有技术中激光器TO和圆方管体的耦合装置结构复杂，导致成本较高、人员操作繁琐、工效较低。

发明内容

本申请实施例通过提供一种同轴器件耦合装置，解决了现有技术中激光器TO和圆方管体的耦合装置结构复杂、成本较高的问题。

本申请实施例提供一种同轴器件耦合装置，包括：光学部件固定架、激光器TO夹头；所述光学部件固定架用于对镜头和圆方管体的位置进行固定，所述激光器TO夹头用于对激光器TO的位置进行固定；

所述光学部件固定架包括圆方管体夹爪、镜头架、第一滑轨、第一气缸、支撑板、微调架；

所述圆方管体夹爪固定在所述镜头架上，所述镜头架通过第一转接板连接到所述第一滑轨上，所述第一滑轨固定在所述支撑板上，所述第一转接板的底部与所述第一气缸的活塞杆连接，所述第一气缸通过第二转接板固定在所述支撑板上，所述支撑板固定在所述微调架上。

优选的，所述激光器TO夹头包括：夹头座、夹头外套、悬臂叉、配重块、第二气缸、第二滑轨；

所述夹头座的顶部为锥面，所述夹头外套套在所述夹头座上，所述夹头外套的顶部为锥面，所述夹头外套上设置有凹槽；所述悬臂叉的悬臂插入所述凹槽中，所述悬臂叉安装在所述第二滑轨上；所述第二气缸的活塞杆通过定位销与所述悬臂叉连接；所述配重块与所述第二滑轨固定连接。

优选的，所述夹头座由三段不同直径的圆柱体构成，上段圆柱体的顶部为锥面，所述上段圆柱体包含沿圆周均匀切割的多条细缝。

优选的，所述镜头架包括：竖板、上压板、上卡板、下卡板；

所述竖板上设置有多列螺纹孔，所述上压板、所述上卡板、所述下卡板从上到下分别通过所述螺纹孔固定安装在所述竖板上，所述上压板、所述上卡板、所述下卡板用于配合固定镜头；所述竖板的顶部侧边通过所述第一转接板连接到所述第一滑轨上。

优选的，所述圆方管体夹爪包括：气夹、夹爪、调整块；

所述气夹固定在所述竖板上；所述夹爪与所述气夹连接，并位于所述气夹的延伸方向；所述调整块位于所述气夹的周围，并固定在所述竖板上，所述调整块用于调整所述气夹的倾斜角度、所述夹爪的中心位置。

优选的，所述微调架包括：XY手动平移台、垫筒、垫板；

所述支撑板固定在所述垫板上表面的中间位置，所述XY手动平移台的移动面固定在所述垫板下表面的中间位置；多个所述垫筒分别与所述垫板的下表面连接。

优选的，所述同轴器件耦合装置还包括底板、电动旋转台、Z轴电动滑台；

所述光学部件固定架、所述电动旋转台均固定在所述底板上，所述激光器TO夹头通过第三转接板固定在所述Z轴电动滑台上，所述Z轴电动滑台通过第四转接板固定在所述电动旋转台上。

优选的，所述同轴器件耦合装置还包括焊枪架；所述焊枪架固定在所述底板上，所述焊枪架为三组，三组所述焊枪架以所述电动旋转台为中心，依次间隔120度呈圆周排列，所述焊枪架与所述电动旋转台的旋转中心的距离等于焊枪的焦距。

优选的，所述焊枪架包括支架、XYZ三轴手动位移滑台、手动旋转台；

焊枪通过第五转接板固定在所述手动旋转台上，所述手动旋转台固定在所述XYZ三轴手动位移滑台上，所述XYZ三轴手动位移滑台通过第六转接板固定在所述支架上。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，光学部件固定架中的圆方管体夹爪固定在镜头架上，镜头架通过第一转接板连接到第一滑轨上，第一滑轨固定在支撑板上，第一转接板的底部与第一气缸的活塞杆连接，第一气缸通过第二转接板固定在支撑板上，支撑板固定在微调架上。因此，本发明通过镜头架将镜头卡住，第一气缸的活塞杆拉伸时可带动镜头架沿第一滑轨在支撑板上下移动，使镜头也随之上升或下降。通过圆方管体夹爪夹住圆方管体，通过微调架调整支撑板的位置，使激光器和圆方管体在竖直方向同轴，保证圆方管体的出光孔正对着镜头，使得激光器发出的光经过圆方管体的出光孔后能被镜头的物镜捕捉到。即本发明通过光学部件固定架对镜头和圆方管体的位置进行固定，并且位置可调，通过激光器TO夹头对激光器TO的位置进行固定，以保证镜头、圆方管体和激光器TO在垂直方向上同轴，有助于实现基于视觉分析技术的激光器TO和圆方管体的耦合过程，具有结构简单、成本较低、耗时少、效率高的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种同轴器件耦合装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种同轴器件耦合装置中光学部件固定架的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种同轴器件耦合装置中镜头架的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种同轴器件耦合装置中圆方管体夹爪的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种同轴器件耦合装置中微调架的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种同轴器件耦合装置中激光器TO夹头的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种同轴器件耦合装置中夹头座的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种同轴器件耦合装置中夹头外套、悬臂叉、第二气缸的连接示意图；

图9为本发明实施例提供的一种同轴器件耦合装置中焊枪架的结构示意图。

其中，1-底板、2-电动旋转台、3-光学部件固定架、4-焊枪架、5-激光器TO夹头、6-Z轴电动滑台、7-夹头座、8-夹头外套、9-悬臂叉、10-配重块、11-第二气缸、12-第二滑轨、13-支架、14-XYZ三轴手动位移滑台、15-手动旋转台、16-支撑板、17-微调架、18-镜头架、19-圆方管体夹爪、20-第一气缸、21-第一滑轨、22-竖板、23-上压板、24-上卡板、25-下卡板、26-气夹、27-夹爪、28-调整块、29-XY手动平移台、30-垫筒、31-垫板。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本发明提供一种同轴器件耦合装置，可用于实现基于视觉分析技术的激光器TO和圆方管体的耦合过程，主要包括光学部件固定架和激光器TO夹头。光学部件固定架在结构上对镜头和圆方管体的位置进行固定，并且位置可调，以保证镜头、圆方管体和激光器TO在垂直方向同轴；激光器TO夹头对激光器TO的位置进行固定，并且激光器TO在垂直方向能够上下移动。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

结合图1、图2所示，光学部件固定架3包括支撑板16、微调架17、镜头架18、圆方管体夹爪19、第一气缸20、第一滑轨21。

其中，所述镜头架18如图3所示，包括竖板22、上压板23、上卡板24、下卡板25。所述上压板23、所述上卡板24、所述下卡板25均固定在所述竖板22上。所述上压板23、所述上卡板24和所述下卡板25配合将镜头卡住。所述竖板22在竖直方向有两列螺纹孔，使所述上压板23和所述上卡板24能安装在不同的位置，以兼容不同规格的镜头。镜头竖直放置，目镜在上，物镜在下，物镜正对圆方管体上表面的出光孔。

在所述竖板22的顶部侧边通过转接板连接到所述第一滑轨21，所述第一滑轨21固定在所述支撑板16上，保证所述竖板22沿所述第一滑轨21在所述支撑板16上下移动。转接板的底部和所述第一气缸20的活塞杆连接，所述第一气缸20的本体用另一块转接板固定在所述支撑板16上，所述第一气缸20的活塞杆拉伸时带动所述竖板22沿沿所述第一滑轨21在所述支撑板16上下移动，镜头也随之上升和下降。镜头上升后可以上下料。镜头下降后设备开始工作。

其中，所述圆方管体夹爪19如图4所示，包括气夹26、夹爪27、调整块28。所述气夹26固定在所述竖板22的底部，并与镜头平行，所述气夹26在里，镜头在外。所述夹爪27有一对，是所述气夹26的手指的延伸，所述气夹26夹紧时带动所述夹爪27夹住圆方管体两个侧表面，同时所述夹爪27的尺寸设计，保证圆方管体的出光孔正对着镜头的物镜，这样激光器发出的光经过圆方管体的出光孔后能被镜头的物镜捕捉到。

当所述气夹26的位置偏移，可用所述调整块28进行调整。在所述气夹26的周围有三个所述调整块28。三个所述调整块28均固定在所述竖板22上。每个所述调整块28的两端各有一个螺丝，螺丝顶在所述气夹26上。拧紧或者拧松螺丝，微调所述气夹26的倾斜角度、所述夹爪27的中心位置。调整时，先松开所述气夹26和所述竖板22之间的固定螺丝。

其中，微调架17如图5所示，包括XY手动平移台29、垫筒(例如四个)30、垫板31。所述支撑板16的下部固定在所述垫板31上表面的中心位置，并且所述支撑板16设计成T字形，可保证所述支撑板16的稳定。所述XY手动平移台29的底面固定在所述底板1上(结合图1所示)，所述XY手动平移台29的移动面固定在所述微调架17的所述垫板31下表面的中间位置，通过所述垫筒30(如四角用垫筒)将所述垫板31和所述底板1连接，所述底板1上的四个螺丝孔略大，而固定螺丝的直径较小，这样松开所述垫筒30和所述底板1之间的固定螺丝，调节所述XY手动平移台29，可以微调所述支撑板16即光学部件固定架3的位置，使激光器和圆方管体在竖直方向同轴。

结合图1、图6所示，激光器TO夹头5包括夹头座7、夹头外套8、悬臂叉9、配重块10、第二气缸11、第二滑轨12。其中，所述夹头座7的结构如图7所示，设计成三段不同直径的圆柱体，上段圆柱体的顶部成锥面，沿圆周均匀切割四条缝。有缝是为了使顶部具有一定的弹性，既可以收缩，又可以恢复。所述夹头外套8套在夹头座上，其顶部也设计成锥面。所述夹头外套8的下部左右两边对称位置各有一个凹槽，所述悬臂叉9安装在所述第二滑轨12上，所述悬臂叉9的悬臂插入两个凹槽中，所述第二气缸11的活塞杆通过定位销与所述悬臂叉9连接，如图8所示。所述第二气缸11的活塞杆的拉伸带动所述悬臂叉9在所述第二滑轨12上运动，同步带动所述夹头外套8同方向移动。当所述夹头外套8向下移动时，迫使所述夹头座7的顶部锥面收缩，锁紧激光器。当所述夹头外套8向上移动时，所述夹头座8的顶部锥面恢复原尺寸，松开激光器。所述第二滑轨12保证所述悬臂叉9上下运动的垂直度。所述配重块10和所述第二滑轨12固定在一起，在位置上所述悬臂叉9位于所述激光器TO夹头5的中间，所述配重块10和所述夹头座7分列两边，设计所述配重块10是为了抵消所述激光器TO夹头5旋转时的离心力，使其旋转平稳。

本发明的一种应用是基于视觉分析技术的同轴器件耦合焊接，其原理是，用镜头和红外CCD实时采集激光器的光斑，用视觉分析技术对光斑直径和亮度进行分析，从而推导出焦点位置，程序控制激光焊接机自动对激光器和圆方管体在焦点位置进行激光焊接。整体结构示意图如图1所示，包括底板1、电动旋转台2、光学部件固定架3、焊枪架4、激光器TO夹头5、Z轴电动滑台6。

各部分的位置关系是：电动旋转台2、光学部件固定架3、焊枪架4(三组)固定在底板1上。所述Z轴电动滑台6用转接板固定在所述电动旋转台2上。所述激光器TO夹头5用转接板固定在所述Z轴电动滑台6上。所述电动旋转台2带动激光器旋转，从而实现在激光器和圆方管体的搭接处不同位置多点焊接。所述Z轴电动滑台6使激光器在垂直方向上下运动。所述Z轴电动滑台6每移动一个步进值，不同直径和亮度的激光光斑，被镜头捕捉后投射到CCD上进行采集。

通常一台激光焊接机带三个焊枪(即聚焦筒)，因此本发明中所述焊枪架4也采用三组，三组所述焊枪架4以所述电动旋转台2为中心，依次间隔120°呈圆周排列。所述焊枪架4到所述电动旋转台2的旋转中心的距离等于焊枪的焦距。

其中，每组所述焊枪架4如图9所示，包括支架13、XYZ三轴手动位移滑台14，手动旋转台15。焊枪用转接板固定在所述手动旋转台15上，所述手动旋转台15固定在所述XYZ三轴手动位移滑台14上，而所述XYZ三轴手动位移滑台14用转接板固定在所述支架13上。所述支架13的设计高度根据待焊接位置的高度而定，最终使焊枪的垂直高度等于待焊接位置的高度。

其中，所述XYZ三轴手动位移滑台14调整焊枪在水平方向的前后位移距离和左右位移距离，以及垂直方向的上下位移距离。前后位移微调焊枪到待焊接位置的距离，从而改变焊接的质量，如焊斑的大小、焊接的熔深。左右位移调整三个焊枪彼此之间的间隔角度，使之严格满足120°。上下位移在一定范围内微调焊枪的高度，配合所述支架13本身的设计高度，使焊枪的中心对准圆方管体的下边缘。所述手动旋转台15调整焊枪的倾斜角度，以适应不同的焊接工艺，倾斜角度为0°时是平焊，不为0°时是斜焊。

上述的基于视觉分析技术的同轴器件耦合设备的耦合焊接方法，包括以下步骤：

步骤1、上料，将激光器装进激光器TO夹头，将圆方管体套在激光器TO上。

步骤2、光学部件固定架的第一气缸动作，使镜头、圆方管体夹爪下降到工作位置，圆方管体夹爪夹住圆方管体，给激光器TO加电。

步骤3、Z轴电动滑台按设定的步进值移动，改变激光器TO和圆方管体的相对位置。

步骤4、电脑读取CCD的图像并保存。

步骤5、重复步骤3和步骤4，直至Z轴电动滑台走完所有的步数。

步骤6、用视觉分析软件对所有图像的光斑直径和亮度进行分析，推导出焦点位置。

步骤7、Z轴电动滑台移动，使激光器TO运动到焦点位置。

步骤8、电脑控制激光焊接机出光，在激光器TO和圆方管体的搭接处焊接三个点。

步骤9、松圆方管体夹爪，电动旋转台从初始位置旋转设定的角度。

步骤10、重复步骤8，在激光器和圆方管体的搭接处焊接另外三个点。

步骤11、光学部件固定架的第一气缸反向动作，使镜头、圆方管体夹爪上升，电动旋转台回到初始位置。

步骤12、激光器断电，下料。

本发明提供的同轴器件耦合装置有助于实现基于视觉分析技术的自动耦合焊接过程，耗时少，工效和产量大幅提升。在硬件节省了成本，结构得以简化，实际经济效益明显。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种同轴器件耦合装置，其特征在于，包括：光学部件固定架、激光器TO夹头、底板、电动旋转台、Z轴电动滑台；所述光学部件固定架用于对镜头和圆方管体的位置进行固定，所述激光器TO夹头用于对激光器TO的位置进行固定；

所述光学部件固定架包括圆方管体夹爪、镜头架、第一滑轨、第一气缸、支撑板、微调架；

所述圆方管体夹爪固定在所述镜头架上，所述镜头架通过第一转接板连接到所述第一滑轨上，所述第一滑轨固定在所述支撑板上，所述第一转接板的底部与所述第一气缸的活塞杆连接，所述第一气缸通过第二转接板固定在所述支撑板上，所述支撑板固定在所述微调架上；

所述激光器TO夹头包括：夹头座、夹头外套、悬臂叉、配重块、第二气缸、第二滑轨；

所述夹头座的顶部为锥面，所述夹头外套套在所述夹头座上，所述夹头外套的顶部为锥面，所述夹头外套上设置有凹槽；所述悬臂叉的悬臂插入所述凹槽中，所述悬臂叉安装在所述第二滑轨上；所述第二气缸的活塞杆通过定位销与所述悬臂叉连接；所述配重块与所述第二滑轨固定连接；

所述镜头架包括：竖板、上压板、上卡板、下卡板；

所述竖板上设置有多列螺纹孔，所述上压板、所述上卡板、所述下卡板从上到下分别通过所述螺纹孔固定安装在所述竖板上，所述上压板、所述上卡板、所述下卡板用于配合固定镜头；所述竖板的顶部侧边通过所述第一转接板连接到所述第一滑轨上；

所述圆方管体夹爪包括：气夹、夹爪、调整块；

所述气夹固定在所述竖板上；所述夹爪与所述气夹连接，并位于所述气夹的延伸方向；所述调整块位于所述气夹的周围，并固定在所述竖板上，所述调整块用于调整所述气夹的倾斜角度、所述夹爪的中心位置；

所述微调架包括：XY手动平移台、垫筒、垫板；

所述支撑板固定在所述垫板上表面的中间位置，所述XY手动平移台的移动面固定在所述垫板下表面的中间位置；多个所述垫筒分别与所述垫板的下表面连接；

所述光学部件固定架、所述电动旋转台均固定在所述底板上，所述激光器TO夹头通过第三转接板固定在所述Z轴电动滑台上，所述Z轴电动滑台通过第四转接板固定在所述电动旋转台上。

2.根据权利要求1所述的同轴器件耦合装置，其特征在于，所述夹头座由三段不同直径的圆柱体构成，上段圆柱体的顶部为锥面，所述上段圆柱体包含沿圆周均匀切割的多条细缝。

3.根据权利要求1所述的同轴器件耦合装置，其特征在于，还包括焊枪架；所述焊枪架固定在所述底板上，所述焊枪架为三组，三组所述焊枪架以所述电动旋转台为中心，依次间隔120度呈圆周排列，所述焊枪架与所述电动旋转台的旋转中心的距离等于焊枪的焦距。

4.根据权利要求3所述的同轴器件耦合装置，其特征在于，所述焊枪架包括支架、XYZ三轴手动位移滑台、手动旋转台；

焊枪通过第五转接板固定在所述手动旋转台上，所述手动旋转台固定在所述XYZ三轴手动位移滑台上，所述XYZ三轴手动位移滑台通过第六转接板固定在所述支架上。

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