CN110161637A

CN110161637A - 光模块自动耦合装置

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Publication number: CN110161637A
Application number: CN201910449683.1A
Authority: CN
Inventors: 周君吉
Original assignee: Cambridge Industries Shanghai Co Ltd; Zhejiang Cambridge Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: CIG Shanghai Co Ltd; Cambridge Industries Shanghai Co Ltd; Zhejiang Cambridge Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2019-08-23

Abstract

本发明公开了一种光模块自动耦合装置包括：一光模块托盘；一透镜托盘；一耦合台，耦合台带动放置的光模块在多个方向运动运动；加电装置，加电装置向耦合台上的光模块提供电力，并读取耦合台移动时光模块的光信号和电信号，从而确定光模块上的一最佳配合位置；一光模块抓取装置，光模块抓取装置抓取放置于光模块托盘上的光模块，并将光模块移动至耦合台上；一透镜安装装置，吸取透镜托盘上的透镜，将透镜贴近至耦合台上的光模块，并根据光模块的光信号和电信号将透镜固定在最佳配合位置。本发明实现了光模块和透镜的全自动耦合，包括抓取，加电，耦合，点胶等全部作业，提高了耦合精度，降低了人工耦合出错的概率，同时降低了人工成本。

Description

光模块自动耦合装置

技术领域

本发明涉及一种光模块自动耦合装置。

背景技术

光模块(Optical module)，是用于实现光信号和电信号转换的产品。它的主要构成是一块电路板(PCB)，板子的一端带有尾纤，用于光信号的输入或者输出。Lens是光模块的一个重要组成部分，它是一个球状或者多边体形状的透镜，它需要被安装在电路板(PCB)的某个特定的位置。接受功能的光模块上，尾纤接收到的光信号需要经过透镜(Lens)的折射，聚焦到一些特定的光路元件上，才可以有效地转换成电信号。发送功能的光模块上，电信号通过激光器转换成光信号；而激光器的光信号需要经过透镜(Lens)的折射、聚焦，才可以完整地从尾纤传送出去。

因为电路板(PCB)的公差，每一个产品的透镜(Lens)在电路板(PCB)上的安装位置都不一样，需要不停地调整透镜(Lens)与电路板(PCB)的相对位置，检测并观察光信号和电信号的变化来寻找透镜(Lens)与电路板(PCB)的最佳配合位置。这个寻找最佳配合位置的过程，被称为耦合(Alignment)。

光器件是尺寸极小的产品。透镜(Lens)的尺寸一般在0.5mm左右，耦合过程都是在极小的尺寸之间进行的，需要极高的定位精度(0.5μm)。需要耦合的电路板(PCB)上有许多细小的金线，极易损坏，不可触碰。所以在现有的人工耦合台上，电路板(PCB)的抓取与放置，透镜(Lens)的耦合等操作都需要非常小心。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中光模块进行人工耦合耗费时间和精力，且耦合精度不佳的缺陷，提供一种光模块自动耦合装置。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种光模块自动耦合装置，其特点在于，包括：

一光模块托盘，承载有光模块；

一透镜托盘，承载有透镜；

一耦合台，用于放置光模块，所述耦合台带动放置的光模块在多个方向运动运动；

加电装置，所述加电装置向所述耦合台上的光模块提供电力，并读取耦合台移动时所述光模块的光信号和电信号，从而确定所述光模块上的一最佳配合位置；

一光模块抓取装置，所述光模块抓取装置抓取放置于所述光模块托盘上的光模块，并将所述光模块移动至所述耦合台上；

一透镜安装装置，所述透镜安装装置吸取所述透镜托盘上的透镜，将所述透镜贴近至所述耦合台上的光模块，并根据所述光模块的光信号和电信号将所述透镜固定在所述最佳配合位置。

耦合台在一定范围内做有规律的移动，由此通过加电装置测量的光信号和电信号来自动判断透镜(Lens)与光模块的电路板(PCB)的最佳配合位置。随后，通过透镜安装装置定位最佳配合位置，并将透镜进行固定安装。由此实现了透镜的自动化耦合。且耦合精度非常高。

较佳地，所述透镜安装装置包括：

一透镜吸嘴，所述透镜吸嘴通过负压来吸取、移动和安放透镜；

一点胶针，点胶针用于向所述光模块上排出光固化胶；

紫外灯，紫外灯在透镜安放于光固化胶上后照射光固化胶。

紫外灯的数量可以为两个，分别设置在透镜吸嘴的两侧，从两侧对透镜下方的光固化胶进行照射。

较佳地，所述耦合台包括：

一多轴运动机构，所述加电装置安装在所述多轴运动机构上；

一电路板夹紧装置，设置在所述多轴运动机构上，所述电路板夹紧装置位于所述加电装置的两侧，并将光模块的电路板固定在所述加电装置上。

多轴运动机构为任意可以在多个轴上进行运动的运动机构，包括在轴上平移和在轴上的转动。

较佳地，所述耦合台还包括：

一尾纤夹紧装置，设置在所述多轴运动机构上，所述尾纤夹紧装置夹紧并固定所述光模块的尾纤；

一光纤插头固定座，设置在所述多轴运动机构上，所述光纤插头固定座固定所述光模块的光纤插头。光纤插头固定座还可以光纤插头固定于所述光模块的尾纤。

较佳地，所述多轴运动机构为六轴运动机构。

较佳地，所述加电装置包括：

一电路连接板；

一探针，所述探针与所述电路连接板连接；

一定位导向机构，所述定位导向机构用于将光模块的电路板导向和定位在所述探针的上方。

较佳地，光模块抓取装置还可以进一步包括带吸嘴的PCB夹爪，用于夹住光模块的电路板。还可以包括尾纤夹爪，用于夹住光模块的尾纤。

较佳地，光模块自动耦合装置还包括相机，所述透镜安装装置通过所述相机进行定位。

较佳地，所述相机包括：

上相机，向下拍摄所述透镜吸嘴、所述点胶针以及所述耦合台；

侧相机，从侧面对准所述耦合台并拍摄所述耦合台、所述耦合台上的光模块、在光模块上点胶的所述点胶针；

下相机，向上拍摄所述透镜吸嘴以及所述点胶针。

较佳地，所述光模块自动耦合装置还包括：

龙门；

横梁，沿第一水平方向滑动连接于所述龙门；

第一升降机构，沿第二水平方向滑动连接于所述横梁上，并带动所述透镜安装装置实现上下运动；

第二升降机构，沿第二水平方向滑动连接于所述横梁上，并带动所述光模块抓取装置上下运动。

龙门、横梁、第一升降机构和第二升降机构可以为本领域现有的多轴运动定位机构，通过各个轴向的运动，实现精确地定位。

较佳地，所述透镜安装装置和所述光模块抓取装置分别连接于滑动块，其中，所述滑动块上方设置有针型气缸，所述针型气缸顶出后固定所述滑动块，所述滑动块下方设置有位移传感器，用于分别检测各所述滑动块的位移。滑动块即常见的结构，用于和第一升降机构以及第二升降机构的导轨配合实现相对的升降运动。针型气缸可以防止滑动块滑动，位移传感器则可以监测到变化。

本发明的积极进步效果在于：本发明实现了光模块和透镜的全自动耦合，包括抓取，加电，耦合，点胶等全部作业，提高了耦合精度，降低了人工耦合出错的概率，同时降低了人工成本。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的光模块自动耦合装置的整体结构示意图。

图2为本发明较佳实施例的透镜安装装置的结构示意图。

图3为本发明较佳实施例的点胶针的结构示意图。

图4为本发明较佳实施例的透镜吸嘴的结构示意图。

图5为本发明较佳实施例的光模块抓取装置的结构示意图。

图6为本发明较佳实施例的耦合台的整体结构示意图。

图7为本发明较佳实施例的耦合台的顶部结构示意图。

图8为本发明较佳实施例的光模块自动耦合装置的运动方向示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1-图7所示，本实施例公开了一种光模块自动耦合装置，如图1所示，主要包括龙门11、横梁12、第一升降机构13、第二升降机构14、透镜安装装置2、光模块抓取装置3、耦合台4、加电装置5、透镜托盘61、光模块托盘62、上相机71、侧相机72、下相机73、基座81、机架82以及工控机83。

如图1所示，本实施例的光模块自动耦合装置的中间位置设置有一耦合台4。耦合台4用于放置光模块，耦合台4带动放置的光模块在多个方向运动运动。在其他情况下，耦合台4的位置可以根据实际情况设置。

如图1所示，本实施例包括一光模块托盘62。光模块托盘62承载有光模块。本实施例的光模块托盘62位于耦合台4的右侧。在其他情况下，光模块托盘62的位置可以根据实际情况设置。

如图1所示，本实施例包括一透镜托盘61。透镜托盘61承载有透镜。本实施例的透镜托盘61位于耦合台4的左侧。在其他情况下，透镜托盘61的位置可以根据实际情况设置。

本实施例还包括有加电装置5(图6和图7)，加电装置5向耦合台4上的光模块提供电力，并读取耦合台4移动时光模块的光信号和电信号，从而确定光模块上的一最佳配合位置；

如图1所示，本实施例的光模块自动耦合装置还包括一光模块抓取装置3，光模块抓取装置3抓取放置于光模块托盘62上的光模块，并将光模块移动至耦合台4上；

如图1所示，本实施例的光模块自动耦合装置还包括一透镜安装装置2，透镜安装装置2吸取透镜托盘61上的透镜，将透镜贴近至耦合台4上的光模块，并根据光模块的光信号和电信号将透镜固定在最佳配合位置。

耦合台4在一定范围内做有规律的移动，由此通过加电装置5测量的光信号和电信号来自动判断透镜(Lens)与光模块的电路板(PCB)的最佳配合位置。随后，通过透镜安装装置2定位最佳配合位置，并将透镜进行固定安装。由此实现了透镜的自动化耦合。且耦合精度非常高。

如图1所示，本实施例的光模块自动耦合装置还包括龙门11；横梁12，沿第一水平方向滑动连接于龙门11；第一升降机构13，沿第二水平方向滑动连接于横梁12上，并带动透镜安装装置2实现上下运动；第二升降机构14，沿第二水平方向滑动连接于横梁12上，并带动光模块抓取装置3上下运动。

龙门11、横梁12、第一升降机构13和第二升降机构14可以为本领域现有的多轴运动定位机构，通过各个轴向的运动，实现精确地定位。

如图2、图3和图4所示，本实施例的透镜安装装置2还包括一透镜吸嘴21，透镜吸嘴21通过负压来吸取、移动和安放透镜；一点胶针22，点胶针22用于向光模块上排出光固化胶；紫外灯23，紫外灯23在透镜安放于光固化胶上后照射光固化胶。

如图2和图4所示，本实施例的紫外灯23的数量为两个，分别设置在透镜吸嘴21的两侧，从两侧对透镜下方的光固化胶进行照射。

如图2和图4所示，本实施例的透镜安装装置2的透镜吸嘴21连接于滑动块251，其中，滑动块251上方设置有针型气缸253，针型气缸253顶出后固定滑动块251，滑动块251下方设置有位移传感器252，用于分别检测滑动块251的位移。滑动块251即常见的结构，用于和第一升降机构13的导轨配合实现相对的升降运动。针型气缸253可以防止滑动块251滑动，位移传感器252则可以监测到变化。

如图2和图3所示，本实施例的透镜安装装置2的点胶针22连接于滑动块241，其中，滑动块241上方设置有针型气缸243，针型气缸243顶出后固定滑动块241，滑动块241下方设置有位移传感器242，用于分别检测滑动块241的位移。滑动块241即常见的结构，用于和第一升降机构13的导轨配合实现相对的升降运动。针型气缸243可以防止滑动块241滑动，位移传感器242则可以监测到变化。

如图5所示，光模块抓取装置3还可以进一步包括带吸嘴的PCB夹爪31，用于夹住光模块9的电路板91。还可以包括尾纤夹爪32，用于夹住光模块9的尾纤92。

如图5所示，本实施例的PCB夹爪31连接于滑动块331，其中，滑动块331上方设置有针型气缸333，针型气缸333顶出后固定滑动块331，滑动块331下方设置有位移传感器332，用于分别检测滑动块331的位移。滑动块331即常见的结构，用于和第二升降机构14的导轨配合实现相对的升降运动。针型气缸333可以防止滑动块331滑动，位移传感器332则可以监测到变化。

如图6和图7所示，本实施例的耦合台4包括一多轴运动机构44，加电装置5安装在多轴运动机构44上；一电路板夹紧装置41，设置在多轴运动机构44上，电路板夹紧装置41位于加电装置5的两侧，并将光模块9的电路板91固定在加电装置5上。

多轴运动机构44为任意可以在多个轴上进行运动的运动机构，包括在轴上平移和在轴上的转动。

如图6和图7所示，本实施例的耦合台4还包括一尾纤夹紧装置42，设置在多轴运动机构44上，尾纤夹紧装置42夹紧并固定光模块9的尾纤92；一光纤插头固定座43，设置在多轴运动机构44上，光纤插头固定座43固定光模块9的光纤插头93。光纤插头固定座43还可以光纤插头93固定于光模块9的尾纤92。

本实施例中，多轴运动机构44为六轴运动机构。

本实施例中，加电装置5被设置在图6和图7中的光模块9的下方，可以进一步包括一电路连接板；一探针，探针与电路连接板连接；一定位导向机构，定位导向机构用于将光模块的电路板导向和定位在探针的上方。加电装置5还可以为现有的常规的检测光模块的装置。

本实施例中，光模块自动耦合装置还包括相机，透镜安装装置2通过相机进行定位。

具体来说，相机包括上相机71，向下拍摄透镜吸嘴21、点胶针22以及耦合台4；侧相机72，从侧面对准耦合台4并拍摄耦合台4、耦合台4上的光模块、在光模块上点胶的点胶针22；下相机73，向上拍摄透镜吸嘴21以及点胶针22。侧相机72底部有运动轴，可以在三个方向做小范围的调整

本实施例中，横梁12的两端在两侧的龙门11上的滑动轴分别为为X1和X2，第一升降机构13在横梁12上的滑动轴为Y1，第二升降机构14在横梁12上的滑动轴为Y2，透镜安装装置2在第一升降机构13上的升降方向为Z1，光模块抓取装置3在第二升降机构14上的升降方向为Z2。

本实施例的光模块自动耦合装置在开机后使用之前，需要对透镜吸嘴21，点胶针22与上相机71的位置关系做校准。校准步骤如下：

驱动X1/X2、Y1、Z1三轴，使得透镜吸嘴21进入下相机71的视野内，由下相机拍摄相片，通过计算机软件分析相片计算出透镜吸嘴21的位置坐标与下相机71的相对位置关系；

驱动X1/X2、Y1、Z1三轴，使得点胶针22进入下相机73的视野内，由下相机73拍摄相片，通过计算机软件分析相片计算出点胶针22的位置坐标与下相机73的相对位置关系；

驱动X1/X2、Y1、Z1三轴，使得点胶针22在点胶校准台上分别定位在6个位置，在点胶控制器的控制下，在这6个位置上点6滴UV胶；

驱动X1/X2、Y1、Z1三轴，使用上相机71拍摄上述6滴UV胶相片，通过计算机软件分析相片计算出上相机71与点胶针22的相对位置关系；

未贴装透镜的光模块和透镜分别排列在透镜托盘61、光模块托盘62内，由人工放置在透镜托盘61、光模块托盘62上；

驱动X1/X2、Y1、Z2三轴，使用PCB夹爪31抓取光模块托盘62内的光模块9的电路板91，放入耦合台4，耦合台4上的尾纤夹紧装置42和电路板夹紧装置41夹紧，光纤插头93自动插入尾纤92；

打开电流表，接通电路板91的供电，并实时监控电路板91的工作电流；

发送指令给电路板91，激活电路板91工作；

驱动X1/X2、Y1、Z1三轴，使用透镜吸嘴21吸取透镜；

驱动X1/X2、Y1、Z1三轴，使用上相机71拍摄光模块9的电路板91，计算透镜耦合的初始位置；

驱动X1/X2、Y1二轴，将透镜送至上述计算机计算出的初始位置。驱动Z1轴，带动透镜吸嘴21和透镜向下移动，当透镜吸嘴21的位移传感器252检测到透镜触碰到电路板91时，Z1轴停止向下移动，随后向上移动一段距离，此位置作为透镜的耦合位置；

驱动耦合台六轴运动机构，依次改变六个方向(耦合台的三个平移轴以及旋转轴)上透镜与电路板91之间的相对位置，同时检测光功率和电流，寻找在六个方向上透镜和电路板91的最佳相对位置，并最终停在该最佳相对位置上；

驱动X1/X2、Y1、Z1三轴，将透镜移开，将点胶针22移动至上述透镜耦合位置上，点一滴适量的UV胶；

驱动X1/X2、Y1、Z1三轴，将点胶针22移开，使用上相机71拍摄UV胶的照片，通过软件分析胶的形状、大小、位置是否合格；

驱动X1/X2、Y1、Z1三轴，将透镜移动至耦合位置，并确认光功率和电流信号是最佳状态，开启UV灯照射UV胶，使得UV胶固化。

本发明实现了光模块和透镜的全自动耦合，包括抓取，加电，耦合，点胶等全部作业，提高了耦合精度，降低了人工耦合出错的概率，同时降低了人工成本。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种光模块自动耦合装置，其特征在于，包括：

一光模块托盘，承载有光模块；

一透镜托盘，承载有透镜；

2.如权利要求1所述的光模块自动耦合装置，其特征在于，所述透镜安装装置包括：

一点胶针，点胶针用于向所述光模块上排出光固化胶；

紫外灯，紫外灯在透镜安放于光固化胶上后照射光固化胶。

3.如权利要求2所述的光模块自动耦合装置，其特征在于，所述耦合台包括：

4.如权利要求3所述的光模块自动耦合装置，其特征在于，所述耦合台还包括：

一光纤插头固定座，设置在所述多轴运动机构上，所述光纤插头固定座固定所述光模块的光纤插头。

5.如权利要求3所述的光模块自动耦合装置，其特征在于，所述多轴运动机构为六轴运动机构。

6.如权利要求1所述的光模块自动耦合装置，其特征在于，所述加电装置包括：

一电路连接板；

一探针，所述探针与所述电路连接板连接；

7.如权利要求2所述的光模块自动耦合装置，其特征在于，光模块自动耦合装置还包括相机，所述透镜安装装置通过所述相机进行定位。

8.如权利要求7所述的光模块自动耦合装置，其特征在于，所述相机包括：

下相机，向上拍摄所述透镜吸嘴以及所述点胶针。

9.如权利要求1-8任意一项所述的光模块自动耦合装置，其特征在于，所述光模块自动耦合装置还包括：

龙门；

横梁，沿第一水平方向滑动连接于所述龙门；

10.如权利要求9所述的光模块自动耦合装置，其特征在于，所述透镜安装装置和所述光模块抓取装置分别连接于滑动块，其中，所述滑动块上方设置有针型气缸，所述针型气缸顶出后固定所述滑动块，所述滑动块下方设置有位移传感器，用于分别检测各所述滑动块的位移。