CN111451635B - 用于box光器件的波分组件的光斑耦合焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于BOX光器件的波分组件的光斑耦合焊接设备，包括夹持发光组件的上夹具、夹持波分组件的下夹具、耦合检测装置以及进行激光焊接的多组焊接装置，上夹具和下夹具分别通过上夹具运动平台与下夹具运动平台配合，完成发光组件与波分组件的耦合过程，并通过耦合检测装置进行光斑检测，下夹具上设置有一调节环顶紧夹具，将调节环顶紧在发光器外部，防止调节环在耦合过程中移位。本发明采用光斑耦合的方式完成发光组件与盒型波分组件的耦合焊接封装过程，由调节环顶紧夹具使调节环在耦合过程中保持与发光器的同步运动，以便在耦合对准后直接进行激光穿透焊，有效提升了耦合精度和封装质量。

Description

用于BOX光器件的波分组件的光斑耦合焊接设备

技术领域

本发明涉及光器件自动耦合封装技术领域，特别涉及一种用于BOX光器件的波分组件的光斑耦合焊接设备。

背景技术

随着光纤通信和光纤传感技术的发展，光器件的制备成为了光信息技术进步的关键。在高速光通信产品中，多通道的波分组件是常用的，通常与发光组件组合封装，实现光电转换、波分复用等功能。波分组件需要和发光组件等元件耦合对准、激光焊接为整体的光器件后使用，而如何提高光器件的性能、质量以及降低成本，是当前工业上封装制造的关键问题，其核心技术在于元件的耦合对准与焊接，制造成本也主要集中在此。

现有技术中，通过光器件的耦合焊接设备进行耦合对准与焊接，基本摆脱了先前依靠手工操作方式带来的产品质量不稳定、合格率低以及生产效率低的问题。然而对于高速的光器件，由于其耦合精度要求严格，目前的设备中少有能准确定位盒型的BOX光器件、且操作过程简单有效的耦合焊接设备，导致光器件的耦合精度难以达到要求，封装后的光功率难以进一步提升，最终影响封装质量。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种用于BOX光器件的波分组件的光斑耦合焊接设备，具有能准确夹持定位发光组件和波分组件的夹具，夹持定位精度高，通过光斑耦合的方式提高耦合精度和封装质量。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于BOX光器件的波分组件的光斑耦合焊接设备，包括夹持发光组件的上夹具、夹持波分组件的下夹具、耦合检测装置以及进行激光焊接的多组焊接装置，所述上夹具和所述下夹具分别设置在上夹具运动平台和下夹具运动平台上，所述上夹具运动平台与所述下夹具运动平台配合，完成所述发光组件与所述波分组件的耦合过程，并通过所述耦合检测装置进行光斑检测；所述发光组件包括发光器和套设在所述发光器外部的调节环，所述下夹具上设置有一调节环顶紧夹具，所述调节环顶紧夹具将所述调节环顶紧在所述发光器外部，防止所述调节环在耦合过程中移位。

进一步地，所述上夹具运动平台包括Z轴位移滑台，所述上夹具固定设置在所述Z轴位移滑台上，具有沿Z轴的平移自由度；所述下夹具运动平台包括从下往上依次设置的绕Z轴旋转平台、Y轴运动平台和X轴运动平台，所述下夹具固定设置在所述X轴运动平台上，具有沿X轴、Y轴的平移自由度和绕Z轴的旋转自由度。

进一步地，所述上夹具包括上夹具安装座、设置在所述上夹具安装座上的上夹具控制气缸、以及设置在所述上夹具安装座底端的上夹头，所述上夹头包括锁紧套筒和活动设置在所述锁紧套筒内的至少两组弹性夹瓣，所述弹性夹瓣与所述上夹具控制气缸的活塞杆固定连接，所述弹性夹瓣外壁上的外锥面与所述锁紧套筒端部的内锥面相配合。

进一步地，所述调节环顶紧夹具设置在所述上夹具安装座的底端，同时位于所述上夹头的一侧，所述调节环顶紧夹具包括水平设置、且与所述上夹具安装座固定连接的顶紧气缸，所述顶紧气缸的活塞杆端部设置有一顶针连接座，所述顶针连接座的底端固定设置有一水平的顶针。

进一步地，所述下夹具包括支撑架、设置在所述支撑架顶端的浮台、设置在所述支撑架顶端并将所述浮台锁紧定位的锁紧定位组件、以及设置在所述浮台上表面的夹持组件，所述浮台上设置有光斑检测口，所述光斑检测口的尺寸小于所述波分组件的截面最大尺寸，所述夹持组件环绕所述光斑检测口设置。

进一步地，所述夹持组件包括安装台、固定块和活动块，所述安装台固定设置在所述浮台的上表面，所述固定块固定设置在所述安装台的一侧，所述活动块滑动设置在所述安装台的另一侧，所述活动块的一端与所述固定块铰接，另一端与所述固定块通过调节螺栓活动连接，所述固定块与所述活动块合拢将所述波分组件夹持固定在两者之间，所述安装台上设置有使所述波分组件通过的开口。

进一步地，所述活动块与所述固定块之间的间隙与所述波分组件的宽度方向具有一定夹角，所述活动块和所述固定块夹持所述波分组件的侧壁上均设置有夹持凹槽，当所述活动块与所述固定块合拢时，所述波分组件的两个对角分别位于两个所述夹持凹槽内。

进一步地，所述锁紧定位组件包括锁紧定位机构和角固定机构，所述锁紧定位机构主要由相向设置的两个锁紧块组成，每个所述锁紧块均包括弧形段和设置在所述弧形段第一端的平整段，所述锁紧块的弧形段和平整段分别相向设置，两个所述锁紧块的弧形段围绕在盘形的所述浮台外侧，第二端均与所述支撑架顶端铰接，所述平整段被所述角固定机构夹持挤压而为所述锁紧块提供锁紧力，使两个所述弧形段夹持定位所述浮台的位置。

进一步地，所述耦合检测装置包括从下往上依次设置的X轴检测平台、Y轴检测平台和连接板，所述连接板的端部设置有光斑检测CCD相机，所述光斑检测CCD相机用于发光组件与波分组件的光斑检测。

进一步地，所述焊接装置包括激光焊枪出射头，所述激光焊枪出射头转动设置在一焊枪安装板上，可调整激光出射角度，所述焊枪安装板设置在两轴运动平台上，具有水平和竖直方向的平移自由度，所述激光焊枪出射头上设置有焊枪CCD相机。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明的耦合焊接设备，包括设置在上夹具运动平台上的上夹具，以及设置在下夹具运动平台上的下夹具，由上夹具运动平台与下夹具运动平台配合，完成发光组件与盒型波分组件的耦合焊接封装过程，采用了光斑耦合的方式，提升了耦合精度和封装质量；

本发明的上夹具，通过上夹具控制气缸切换对发光器的夹持与松开状态，具有控制简单、夹持可靠、定位精准的优点，同时还设置调节环顶紧夹具，用于顶紧套设在发光器外部的调节环，使得调节环在耦合过程中保持与发光器的同步运动，以便在耦合对准后直接进行激光穿透焊，有效提升了封装效率和精度；

本发明的下夹具，通过设置在浮台上的夹持组件对波分组件准确夹持定位，同时通过锁紧定位组件对浮台夹持定位，最终确认波分组件相对于支撑架的位置，由驱动机构驱动支撑架执行耦合动作，高精度地完成波分组件与发光组件的耦合过程；其中夹持组件的固定块和活动块上均设置有夹持凹槽，通过夹持凹槽使得对波分组件的夹持可通过一次操作全部完成，限制其全部自由度，提升了操作的便捷性和可靠性，因此同样提升了耦合效率。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1的A处放大示意图；

图3为本发明的上夹具和下夹具整体示意图；

图4为本发明的上夹具示意图；

图5为本发明的调节环顶紧夹具示意图；

图6为本发明的下夹具示意图；

图7为本发明的耦合检测装置示意图；

图8为本发明的耦合元件示意图。

【附图标记说明】

1-发光组件；11-发光器；12-调节环；2-波分组件；3-上夹具；31-上夹具安装座；32-上夹具控制气缸；33-锁紧套筒；34-弹性夹瓣；4-下夹具；41-支撑架；42-浮台；43-锁紧定位组件；431-锁紧定位机构；4311-锁紧块；4312-弧形段；4313-平整段；432-角固定组件；44-夹持组件；441-安装台；442-固定块；443-活动块；444-调节螺栓；445-夹持凹槽；5-耦合检测装置；51-X轴检测平台；52-Y轴检测平台；53-连接板；54-光斑检测CCD相机；6-焊接装置；61-激光焊枪出射头；62-焊枪安装板；63-两轴运动平台；64-焊枪CCD相机；7-上夹具运动平台；71-Z轴位移滑台；8-下夹具运动平台；81-绕Z轴旋转平台；82-Y轴运动平台；83-X轴运动平台；9-调节环顶紧夹具；91-顶紧气缸；92-顶针连接座；93-顶针。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1、图2、图8所示，本发明的实施例提供了一种用于BOX光器件的波分组件的光斑耦合焊接设备，包括夹持发光组件1的上夹具3、夹持波分组件2的下夹具4、耦合检测装置5以及进行激光焊接的多组焊接装置6。上夹具3和下夹具4分别设置在上夹具运动平台7和下夹具运动平台8上，通过上夹具运动平台7与下夹具运动平台8配合，完成发光组件1与波分组件2的耦合对准过程，并通过耦合检测装置5进行光斑检测，确认耦合状况和耦合精度。

其中，发光组件1包括发光器11和套设在发光器11外部的调节环12，另外在下夹具4上设置有一调节环顶紧夹具9。在准备开始光器件的耦合焊接前，发光器11被上夹具3夹持，而调节环12是自由套设在发光器11外部的，因此设置调节环顶紧夹具9将调节环12顶紧在发光器11外部，通过静摩擦作用防止调节环12在耦合过程中(焊接前)移位。

进一步如图3所示，上夹具运动平台7包括Z轴位移滑台71，上夹具3固定设置在Z轴位移滑台71上，具有沿Z轴的平移自由度。下夹具运动平台8包括从下往上依次设置的绕Z轴旋转平台81、Y轴运动平台82和X轴运动平台83，下夹具4固定设置在X轴运动平台83上，具有沿X轴、Y轴的平移自由度和绕Z轴的旋转自由度，即水平面内的自由度。耦合时，上夹具3沿Z轴位移，调整被夹持发光器11的竖直位移，使发光器11的耦合面逐步贴近波分组件2的耦合面所在平面。同时，调节环顶紧夹具9动作，将调节环12顶紧在发光器11外部，通过静摩擦作用使调节环12在耦合过程中随发光器11同步运动，便于在发光器11耦合完成后直接进行调节环12与发光器11的穿透焊。

进一步如图4所示，上夹具3包括上夹具安装座31、设置在上夹具安装座31上的上夹具控制气缸32、以及设置在上夹具安装座31底端的上夹头。其中上夹头包括锁紧套筒33和活动设置在锁紧套筒33内的至少两组弹性夹瓣34，弹性夹瓣34的顶端与上夹具控制气缸32的活塞杆固定连接，弹性夹瓣34底端外壁上的外锥面与锁紧套筒33端部的内锥面相配合，通过上夹具控制气缸32驱动弹性夹瓣34沿锁紧套筒33内部移动，使得弹性夹瓣34的外锥面在内锥面的作用下横移产生合拢的动作，将发光器11夹持。而弹性夹瓣34反向沿锁紧套筒33位移则松开对发光器11的夹持。

进一步如图5所示，调节环顶紧夹具9设置在上夹具安装座31的底端，同时位于上夹头的一侧。调节环顶紧夹具9包括水平设置、且与上夹具安装座31固定连接的顶紧气缸91，顶紧气缸91的活塞杆端部设置有一竖直的顶针连接座92，顶针连接座92的顶端与顶紧气缸91的活塞杆固定连接，底端与一水平设置的顶针93固定连接。当需要将调节环12顶紧时，顶紧气缸91的活塞杆伸出，带动顶针93向调节环12顶紧动作，使顶针93的端部与调节环12的外侧壁接触，并将调节环12压紧在发光器11外侧壁上。

进一步如图6所示，下夹具4包括支撑架41、设置在支撑架41顶端的浮台42、设置在支撑架41顶端并将浮台42锁紧定位的锁紧定位组件43、以及设置在浮台42上表面的夹持组件44。其中，浮台42上设置有光斑检测口，光斑检测口的尺寸小于波分组件2的截面最大尺寸，夹持组件44环绕光斑检测口设置。

进一步地，夹持组件44包括安装台441、固定块442和活动块443，安装台441固定设置在浮台42的上表面，固定块442固定设置在安装台441的一侧，活动块443滑动设置在安装台441的另一侧。活动块443的一端与固定块442铰接，另一端与固定块442通过调节螺栓444活动连接，形成类似夹子的夹持结构，将波分组件2夹持固定在两者之间，操作时通过拧紧调节螺栓444，驱使活动块443的另一端靠近固定块442，形成对波分组件2的夹持，而松开时则反向拧松调节螺栓444即可。另外安装台441上设置有使波分组件2通过的开口，因此波分组件2的底端可以穿过安装台441，而被浮台42上表面限位，仅波分组件2内的光通部分位于光斑检测口的正上方。

进一步地，活动块443与固定块442之间的间隙与波分组件2的宽度方向具有一定夹角，即间隙与光斑检测口、开口的延伸方向具有夹角，相对应地，活动块443和固定块442夹持波分组件2的侧壁上均设置有夹持凹槽445。当活动块443与固定块442合拢时，波分组件2的两个对角分别位于对应的夹持凹槽445内，因而可以通过夹持凹槽445的限制作用，将波分组件2在安装台441所在平面(水平面)完全限位，同时通过夹紧产生的静摩擦力限制波分组件2的竖直位移，最终确认波分组件2的位置。由于采用上述结构仅需拧动一次调节螺栓444，因此简化了操作。

进一步地，锁紧定位组件43包括锁紧定位机构431和角固定机构432。锁紧定位机构431主要由相向设置的两个锁紧块4311组成，每个锁紧块4311均包括弧形段4312和设置在弧形段4312第一端的平整段4313，锁紧块4311的弧形段4312和平整段4313分别相向设置，且两个弧形段4312围绕在盘形的浮台42外侧。锁紧块4311的第二端均与支撑架41顶端铰接，平整段4313被角固定机构432夹持挤压而为锁紧块4311提供锁紧力，使两个弧形段4312对浮台42夹持定位，确认浮台42相对于支撑架41的位置。

进一步如图7所示，耦合检测装置5包括从下往上依次设置的X轴检测平台51、Y轴检测平台52和连接板53，在连接板53的端部设置有光斑检测CCD相机54，光斑检测CCD相机54通过X轴检测平台51和Y轴检测平台52的配合驱动在水平面位移，使其镜头移动至浮台42的光斑检测口正下方，且对准波分组件2的光通元件，进行CCD光斑检测。

进一步地，焊接装置6包括激光焊接出射头61，激光焊枪出射头61转动设置在焊枪安装板62上，可调整激光出射角度。焊枪安装板62设置在两轴运动平台63上，具有水平和竖直方向的平移自由度，调整激光焊枪出射头61的对准位置，使焊接激光准确照射至焊接点，激光焊枪出射头61上设置有焊枪CCD相机64，能监控焊点位置，自动判定并调整焊点位置。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于BOX光器件的波分组件的光斑耦合焊接设备，其特征在于，包括夹持发光组件的上夹具、夹持波分组件的下夹具、耦合检测装置以及进行激光焊接的多组焊接装置，所述上夹具和所述下夹具分别设置在上夹具运动平台和下夹具运动平台上，所述上夹具运动平台与所述下夹具运动平台配合，完成所述发光组件与所述波分组件的耦合过程，并通过所述耦合检测装置进行光斑检测；所述发光组件包括发光器和套设在所述发光器外部的调节环，所述下夹具上设置有一调节环顶紧夹具，所述调节环顶紧夹具将所述调节环顶紧在所述发光器外部，防止所述调节环在耦合过程中移位；

所述上夹具包括上夹具安装座、设置在所述上夹具安装座上的上夹具控制气缸、以及设置在所述上夹具安装座底端的上夹头，所述上夹头包括锁紧套筒和活动设置在所述锁紧套筒内的至少两组弹性夹瓣，所述弹性夹瓣与所述上夹具控制气缸的活塞杆固定连接，所述弹性夹瓣外壁上的外锥面与所述锁紧套筒端部的内锥面相配合；

所述调节环顶紧夹具设置在所述上夹具安装座的底端，同时位于所述上夹头的一侧，所述调节环顶紧夹具包括水平设置、且与所述上夹具安装座固定连接的顶紧气缸，所述顶紧气缸的活塞杆端部设置有一顶针连接座，所述顶针连接座的底端固定设置有一水平的顶针；

所述下夹具包括支撑架、设置在所述支撑架顶端的浮台、设置在所述支撑架顶端并将所述浮台锁紧定位的锁紧定位组件、以及设置在所述浮台上表面的夹持组件，所述浮台上设置有光斑检测口，所述光斑检测口的尺寸小于所述波分组件的截面最大尺寸，所述夹持组件环绕所述光斑检测口设置；

所述夹持组件包括安装台、固定块和活动块，所述安装台固定设置在所述浮台的上表面，所述固定块固定设置在所述安装台的一侧，所述活动块滑动设置在所述安装台的另一侧，所述活动块的一端与所述固定块铰接，另一端与所述固定块通过调节螺栓活动连接，所述固定块与所述活动块合拢将所述波分组件夹持固定在两者之间，所述安装台上设置有使所述波分组件通过的开口；

所述活动块与所述固定块之间的间隙与所述波分组件的宽度方向具有一定夹角，所述活动块和所述固定块夹持所述波分组件的侧壁上均设置有夹持凹槽，当所述活动块与所述固定块合拢时，所述波分组件的两个对角分别位于两个所述夹持凹槽内。

2.根据权利要求1所述的用于BOX光器件的波分组件的光斑耦合焊接设备，其特征在于，所述上夹具运动平台包括Z轴位移滑台，所述上夹具固定设置在所述Z轴位移滑台上，具有沿Z轴的平移自由度；所述下夹具运动平台包括从下往上依次设置的绕Z轴旋转平台、Y轴运动平台和X轴运动平台，所述下夹具固定设置在所述X轴运动平台上，具有沿X轴、Y轴的平移自由度和绕Z轴的旋转自由度。

3.根据权利要求1所述的用于BOX光器件的波分组件的光斑耦合焊接设备，其特征在于，所述锁紧定位组件包括锁紧定位机构和角固定机构，所述锁紧定位机构主要由相向设置的两个锁紧块组成，每个所述锁紧块均包括弧形段和设置在所述弧形段第一端的平整段，所述锁紧块的弧形段和平整段分别相向设置，两个所述锁紧块的弧形段围绕在盘形的所述浮台外侧，第二端均与所述支撑架顶端铰接，所述平整段被所述角固定机构夹持挤压而为所述锁紧块提供锁紧力，使两个所述弧形段夹持定位所述浮台的位置。

4.根据权利要求1所述的用于BOX光器件的波分组件的光斑耦合焊接设备，其特征在于，所述耦合检测装置包括从下往上依次设置的X轴检测平台、Y轴检测平台和连接板，所述连接板的端部设置有光斑检测CCD相机，所述光斑检测CCD相机用于发光组件与波分组件的光斑检测。

5.根据权利要求1所述的用于BOX光器件的波分组件的光斑耦合焊接设备，其特征在于，所述焊接装置包括激光焊枪出射头，所述激光焊枪出射头转动设置在一焊枪安装板上，可调整激光出射角度，所述焊枪安装板设置在两轴运动平台上，具有水平和竖直方向的平移自由度，所述激光焊枪出射头上设置有焊枪CCD相机。

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