CN112387541A - Cob全自动耦合固化装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种COB全自动耦合固化装置及方法，装置包括台面式集成电控框架和安装在台面式集成电控框架内的PCBA下夹具组件、lens上夹具组件、UV胶涂抹组件、UV灯组件、外围胶涂抹组件和CCD监控判断模块。本发明将耦合预固化与强化外围胶涂抹两个工位组合成为一台工步的桌面式自动化机台；气动夹紧产品，气动加电，透镜与PCB机械贴平结构紧凑高效，由高精密电位台驱动产品精准移动，重复定位精度0.5um，可保证不同产品寻光耦合，耦合固化生产过程中对产品加电参数实时监控，有效获取产品生产良率有助判断批次特性；收端透镜气夹与发端透镜气夹上下切换分别耦合、分别照射固化互不干涉；提升外观良率，生产效率倍增。

Description

COB全自动耦合固化装置及方法
技术领域
本发明涉及一种COB全自动耦合固化装置及方法。
背景技术
目前COB技术被用于短距离通信使用VCSEL芯片阵列的光模块产品。COB就是直接在PCB板上绑定VCSEL的封装形式；COB产品的耦合是将lens固定在PCB板上，使得VCSEL垂直发出的光能通过lens透镜反射平行发射。现有COB耦合台多为手动或半自动耦合，手动上料、手动调节、电位台寻光耦合；因UV胶涂抹及lens固化后的位置直接影响产品发光功率和灵敏度，故强调胶量可控和lens与PCB表面的贴合；特别是对于25G、100G光芯片阵列的产品来说，耦合需要操作和丰富的实践经验，lens上有12颗透镜或者更多，在给PCB加电后根据芯片发出的光功率大小调整lens的位置，当每个通道光功率都满足要求且较稳定后用UV胶预固定；后对预固化判定合格的产品固化，在lens周围进行强化胶涂抹。随着市场对COB产品需求的急速增加，为应对丰富的产品种类，兼顾单通道COB光模块与多通道COB光模块的耦合固化，在遵循生产工艺同时保证产品产出的效率和良率；至此我们提出COB全自动耦合固化。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种COB全自动耦合固化装置及方法。
本发明所采用的技术方案是：一种COB全自动耦合固化装置，包括：台面式集成电控框架和设置在台面式集成电控框架内的PCBA下夹具组件、lens上夹具组件、UV胶涂抹组件、UV灯组件、外围胶涂抹组件和CCD监控判断模块，其中：
所述PCBA下夹具组件包括三维电位台组和设置在三维电位台组上的下夹具组件安装台，在下夹具组件安装台上设置PCB板加电气缸、PCB板夹紧气缸、限位框快速装夹底座和lens透镜上料盘，所述PCB板加电气缸与加电板连接，在限位框快速装夹底座上设置PCB板限位框，在PCB板限位框内设置PCB板，所述PCB板夹紧气缸与机械手指连接；
所述lens上夹具组件包括Z轴电位台、上夹具支架、气夹上下气缸、透镜夹持气缸和跳线卡，其中：Z轴电位台固定在台面式集成电控框架内，上夹具支架水平锁紧在Z轴电位台上，在上夹具支架上通过T形上夹具安装板上安装有两个透镜夹持气缸，所述透镜夹持气缸与前后夹持夹具连接，所述前后夹持夹具与气夹上下气缸连接；
所述UV胶涂抹组件包括针筒气缸和在针筒气缸上设置的出胶气缸，在出胶气缸上设置微动滑台，在微动滑台上设置UV胶针筒；
所述CCD监控判断模块包括辅助对针监控相机、lens透镜预固化位置判定相机和一组同轴光源；
所述外围胶涂抹组件包括外围胶出胶组件和设置在外围胶出胶组件上的外围胶出胶气缸，在外围胶出胶气缸上设置有45°倾斜针头的外围胶针筒。
本发明还提供了一种COB全自动耦合固化方法，包括如下步骤：
步骤一、上料
选择制作产品所对应的治具，将lens透镜与PCB板分别装入透镜上料盘和PCB板限位框，PCB板夹紧气缸控制机械手指移动至设定位置对中夹紧PCB板，PCB板加电气缸对加电板进行气动加电；
步骤二、经过贴平、寻光、点胶、耦合、判定后预固化
按启动开关，检测物料上电测试通讯正常后，三维电位台组移动至设定好的坐标准备位置；Z轴电位台下降，带动透镜夹持气缸控制前后夹持夹具夹持透镜与PCB板完全接触，松开透镜夹持气夹，释放压在透镜上方的弹性压杆，使透镜与PCB板相对平行，再控制透镜夹持气夹动作，重新夹持透镜；Z轴升起0.01mm，X、Y电位台启动快速寻光，寻光合格后记忆坐标，电位台组平移到设定点胶准备位置，UV涂胶组件依据寻光合格位置移动到点胶位，在每个透镜下方点四点UV胶，点胶复位后模组再次回到耦合位置精耦合；合格后自动开启UV灯照射完成预固化，然后松开上夹具，监控照射前后产品收发端数值变化率，Z轴带动上夹具组件上升，X轴带动下夹具组件移动至CCD识别区域；
步骤三、CCD自动拍照对比图像分析调整强化胶涂抹
同轴光源打光，CCD图像识别相机拍照后精确计算收发lens透镜与PCB板的相对位置；下夹具组件移动至外围胶涂抹区域，根据图像识别调整外围胶针头下胶点，针头不动，移动Y轴与R轴在lens透镜与PCB长度方向均匀涂抹三条外围强化胶；然后松开PCB板夹持气夹，电位台回到初始位拆装下一只产品。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
将耦合预固化与强化外围胶涂抹两个工位组合成为一台工步的桌面式自动化机台；气动夹紧产品，气动加电，透镜与PCB机械贴平结构紧凑高效，由高精密电位台驱动产品精准移动，重复定位精度0.5um，可保证不同产品寻光耦合，耦合固化生产过程中对产品加电参数实时监控，有效获取产品生产良率有助判断批次特性；收端透镜气夹与发端透镜气夹上下切换分别耦合、分别照射固化互不干涉；CCD监控获得外围胶涂抹范围，从而优化了外围强化胶的涂抹效果，提升外观良率；通过这种自动耦合装置可以在较少人的直接参与下生产，实现减员增效，生产效率倍增。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为COB全自动耦合固化装置的产品整体图；
图2为COB全自动耦合固化装置的结构示意图；
图3为PCBA下夹具组件的主视图；
图4为PCBA下夹具组件的俯视图；
图5为lens上夹具组件的正视图；
图6为发端透镜夹持气缸组件的剖面视图；
图7为UV胶涂抹组件的结构示意图；
图8为CCD监控判断模块的结构示意图；
图中附图标记为：台面式集成电控框架1、电气控制安装板2、启停按钮3、UV胶与外围强化胶胶量监控表以及调节旋钮4、机台自动运行状态指示灯5、UV灯组件6、PCBA下夹具组件7、lens上夹具组件8、UV胶涂抹组件9、外围胶涂抹组件10、X轴电位台11、Y轴电位台12、旋转电位台13、下夹具组件安装台14、PCB板加电气缸15、加电高度调节块16、PCB板夹紧气缸17、限位框快速装夹底座18、PCB板限位框19、PCB板20、机械手指21、线性滑轨22、lens透镜上料盘23、加电板24、Z轴电位台25、上夹具支架26、气夹上下气缸27、线性滑轨28、连接块29、光电传感器30、透镜夹持气缸31、手拧螺母32、上夹具安装板33、前后夹持夹具34、贴平支架35、跳线卡36、贴平块37、耦合跳线38、发端lens透镜39、UV胶针筒气缸40、UV胶出胶气缸41、UV胶针筒42、微动滑台43、同轴光源44、监控相机45、CCD图像识别相机46、外围胶出胶组件47、外围胶出胶气缸48、外围胶针尖49。
具体实施方式
一种COB全自动耦合固化装置，如图1所示，电气控制安装板2、启停按钮3、UV胶与外围强化胶胶量监控表以及调节旋钮4、机台自动运行状态指示灯5安装在台面式集成电控框架1内，所述台面式集成电控框架1包括电气控制集成板、底板与设备框架；如图2所示，包括：PCBA下夹具组件7、lens上夹具组件8、UV胶涂抹组件9、UV灯组件6、外围胶涂抹组件10和CCD监控判断模块，其中：
所述PCBA下夹具组件7包括X、Y、R轴耦合电位台，PCB板快拆底座用于不同尺寸的PCB板限位框的快速切换、PCB对中夹持机构和PCB自动加电机构。详细结构如图3和图4所示，PCBA下夹具组件7内安装了一根200mm行程的电位台11作为X轴，一根30mm行程的电位台12作为Y轴，一根行程为360°的旋转电位台13作为R轴，下夹具组件安装台14链接电位台组与下夹具；根据生产物料选择对应的PCB板限位框19固定在限位框快速装夹底座18上；两组端面为45°倾角的机械手指21固定在PCB板夹紧气缸17上，PCB板加电气缸15链接线性滑轨22为加电高度调节块16提供一个稳定、可调节的直线运动；将生产物料PCB板20放入PCB板限位框19，将lens透镜装入lens透镜上料盘23，PCB板夹紧气缸17先动作，将物料对中夹紧，PCB板加电气缸15后动作，加电板24与物料对接，读取物料电参。
所述lens上夹具组件8包括Z轴耦合电位台，lens透镜夹持座角度切换机构，与左、右透镜夹持气缸相连的线性滑轨分别由两个独立的气缸控制，弹性贴平机构和贴平过载保护光电传感器。详细结构如图5和图6所示，一根行程50mm的电位台25作为Z轴固定在集成框架1内；上夹具支架26水平锁紧在Z轴滑台上，手拧螺母32穿过轴孔配合的上夹具支架26，将T形上夹具安装板33拉紧贴合于上夹具支架26下表面；负责抓取收端lens透镜与发端lens透镜的夹持气缸31分列于T形上夹具安装板33两侧，不同的产品协议，透镜被固定在PCB板上的位置也不同，两个lens透镜夹持气缸31需要分别动作，透镜夹持气缸31通过连接块29固定在线性滑轨28的滑块上，由气夹上下气缸27提供动作使两个气夹可以分别上下，安装在连接块29上的光电传感器30提供夹持气缸上下到位信号，保证收、发两端的透镜气夹取放动作互不干扰。
图6所示发端透镜夹持气缸组件的剖面视图，详细展示了透镜取放的工作原理，以发端lens透镜39抓取为例，lens透镜上料盘23放入适配透镜，根据透镜外形特征设计的前后夹持夹具34，找定特征卡口位置移动到上料位置，气夹上下气缸27控制前后夹持夹具34的气夹下压至固定在贴平支架35上的贴平块37弹性形变，然后透镜夹持气缸31控制前后夹持夹具34气动夹紧lens透镜，将电位台模组平移到耦合原始位置，透镜夹持气缸31控制前后夹持夹具34张开气夹，Z轴上提至贴平块37弹性形变完全释放，透镜夹持气缸31再控制前后夹持夹具34再夹紧lens透镜，完成透镜与PCB板之间的贴平动作，收端透镜的抓取贴平与发端相同；按下跳线卡36插入耦合跳线38，开始X、Y双轴寻光耦合。
寻光耦合合格后记忆合格坐标，Z轴上升，电位台模组平移到UV胶涂抹组件9的位置，所述UV胶涂抹组件9包括针头出胶位置微动调节架和分段控制针筒前后的两个气缸，详细结构如图7所示，UV胶针筒气缸40伸出，依照耦合透镜合格位置阵列四个坐标，依次开启UV胶出胶气缸41控制UV胶针筒42出胶，经过微动滑台43调整UV胶针尖与PCB板合适的距离，需参考高倍率监控相机45精准调整，保证UV胶点均匀、饱满；UV点胶复位后电位台模组再次回到寻光耦合合格记忆位置，开启精确耦合，合格后UV灯组件6(包括4组UV固化紫外光灯头及灯头调节架和遮光罩)开始自动照射固化UV胶，然后松开对应通道上夹具夹头，重复耦合、点胶、固化一只产品内的两个通道后，电位台移动到CCD图像识别相机下方。
所述CCD监控判断模块包括辅助对针监控相机及镜头，lens透镜预固化位置判定相机和一组同轴光源；所述外围胶涂抹组件10是将UV预固化完成并判定合格的产品通过CCD确定透镜与PCB板的相对位置后，自动修正，由气缸带动装有45°倾斜针头的针筒上下出胶涂抹。具体结构如图8所示，在图像识别区，同轴光源44打光，上边的CCD图像识别相机46自动拍照，通过图像分析，调整电位台分析外围胶涂抹路径；电位台模组平移到外围胶出胶组件47下方，先伸出外围胶出胶气缸48，在两个通道的透镜之间涂抹强化胶，后转动R轴在透镜两侧涂抹强化胶，倾斜角度为45°的外围胶针尖49出胶涂抹于透镜与PCB板的边缘，电位模组回到初始位置拆装第二支产品。
本发明还提供了一种COB全自动耦合固化方法，包括如下步骤：
步骤一、上料
选择制作产品所对应的治具，将lens透镜与PCB板分别装入限位框快速装夹底座18的lens透镜上料盘23和PCB板限位框19，按下界面按钮控制PCB板夹紧气缸17动作，左右夹持气夹(机械手指21)移动至设定位置对中夹紧PCB板20、PCB板加电气缸15对加电板24进行气动加电；
步骤二、经过贴平、寻光、点胶、耦合、判定后预固化
按启动开关，首先检测物料上电测试通讯正常，下夹具三维滑台(X轴电位台11、Y轴电位台12和旋转电位台13)移动至设定好的坐标准备位置；Z轴电位台25下降带动透镜夹持气缸31控制前后夹持夹具34夹持透镜与下夹具夹持的PCB板20完全接触，松开透镜夹持气夹，释放压在透镜上方的弹性压杆，使透镜与PCB板相对平行，再控制透镜夹持气夹动作，重新夹持透镜；Z轴升起一个固定距离0.01mm，X、Y电位台启动快速寻光，寻光合格后记忆坐标，电位台组平移到设定点胶准备位置，UV涂胶组件依据寻光合格位置移动到点胶位，在每个透镜下方点4点UV胶，点胶复位后模组再次回到耦合位置精耦合；合格后自动开启UV灯照射完成预固化，然后松开上夹具，监控照射前后产品收发端数值变化率，Z轴带动上夹具组件上升，X轴带动下夹具组件移动至CCD识别区域；
步骤三、CCD自动拍照对比图像分析调整强化胶涂抹
lens透镜预固化位置判定相机45与同轴光源44垂直于预固化后的产品，CCD图像识别相机46拍照后精确计算收发lens透镜与PCB板的相对位置；下夹具组件移动至外围胶涂抹区域，根据图像识别调整外围胶针头下胶点，针头不动，移动Y轴与R轴在lens透镜与PCB长度方向均匀涂抹3条外围强化胶；然后松开PCB板夹持气夹，电位台回到初始位拆装下一只产品。
与背景技术相比，本发明的积极效果是：
1、单台设备可生产多品类产品，快速切换装夹治具，增加设备使用率；
2、使用简易高效的机械贴平结构，来进行产品寻光耦合前定位和离焦偏移量控制，解决产品固化后透镜与PCB板之间缝隙不均匀的问题。贴平后离焦上提透镜，增加光斑直径提升耦合寻光速率，提高生产效率，保证外观标准；
3、全自动耦合点胶，将两个工步及UV胶预固化和强化胶外围涂抹集成在一台设备内，减少物料搬运，使用自制45°针头保证涂胶稳定和一致，点胶针头与胶管独立固定，更换胶筒，不影响针尖位置。

Claims (10)

1.一种COB全自动耦合固化装置，其特征在于：包括台面式集成电控框架和设置在台面式集成电控框架内的PCBA下夹具组件、lens上夹具组件、UV胶涂抹组件、UV灯组件、外围胶涂抹组件和CCD监控判断模块，其中：
所述PCBA下夹具组件包括三维电位台组和设置在三维电位台组上的下夹具组件安装台，在下夹具组件安装台上设置PCB板加电气缸、PCB板夹紧气缸、限位框快速装夹底座和lens透镜上料盘，所述PCB板加电气缸与加电板连接，在限位框快速装夹底座上设置PCB板限位框，在PCB板限位框内设置PCB板，所述PCB板夹紧气缸与机械手指连接；
所述lens上夹具组件包括Z轴电位台、上夹具支架、气夹上下气缸、透镜夹持气缸和跳线卡，其中：Z轴电位台固定在台面式集成电控框架内，上夹具支架水平锁紧在Z轴电位台上，在上夹具支架上通过T形上夹具安装板上安装有两个透镜夹持气缸，所述透镜夹持气缸与前后夹持夹具连接，所述前后夹持夹具与气夹上下气缸连接；
所述UV胶涂抹组件包括针筒气缸和在针筒气缸上设置的出胶气缸，在出胶气缸上设置微动滑台，在微动滑台上设置UV胶针筒；
所述CCD监控判断模块包括辅助对针监控相机、lens透镜预固化位置判定相机和一组同轴光源；
所述外围胶涂抹组件包括外围胶出胶组件和设置在外围胶出胶组件上的外围胶出胶气缸，在外围胶出胶气缸上设置有45°倾斜针头的外围胶针筒。
2.根据权利要求1所述的COB全自动耦合固化装置，其特征在于：所述三维电位台组包括X轴电位台、Y轴电位台和旋转电位台，所述X轴电位台行程为200mm，Y轴电位台行程为30mm，旋转电位台行程为360°。
3.根据权利要求1所述的COB全自动耦合固化装置，其特征在于：在下夹具组件安装台上设置有线性滑轨，在线性滑轨上设置加电高度调节块，所述加电板设置在加电高度调节块上。
4.根据权利要求1所述的COB全自动耦合固化装置，其特征在于：在所述lens上夹具组件上设置线性滑轨，所述透镜夹持气缸通过连接块固定在线性滑轨的滑块上。
5.根据权利要求4所述的COB全自动耦合固化装置，其特征在于：在所述连接块上设置光电传感器。
6.根据权利要求1所述的COB全自动耦合固化装置，其特征在于：在所述lens上夹具组件上设置贴平支架，在所述贴平支架上设置贴平块。
7.根据权利要求1所述的COB全自动耦合固化装置，其特征在于：所述UV灯组件包括四组可调节的UV固化紫外光灯头。
8.根据权利要求1所述的COB全自动耦合固化装置，其特征在于：所述Z轴电位台行程为50mm。
9.一种COB全自动耦合固化方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、上料
选择制作产品所对应的治具，将lens透镜与PCB板分别装入透镜上料盘和PCB板限位框，PCB板夹紧气缸控制机械手指移动至设定位置对中夹紧PCB板，PCB板加电气缸对加电板进行气动加电；
步骤二、经过贴平、寻光、点胶、耦合、判定后预固化
按启动开关，检测物料上电测试通讯正常后，三维电位台组移动至设定好的坐标准备位置；Z轴电位台下降，带动透镜夹持气缸控制前后夹持夹具夹持透镜与PCB板完全接触，松开透镜夹持气夹，释放压在透镜上方的弹性压杆，使透镜与PCB板相对平行，再控制透镜夹持气夹动作，重新夹持透镜；Z轴升起0.01mm，X、Y电位台启动快速寻光，寻光合格后记忆坐标，电位台组平移到设定点胶准备位置，UV涂胶组件依据寻光合格位置移动到点胶位，在每个透镜下方点四点UV胶，点胶复位后模组再次回到耦合位置精耦合；合格后自动开启UV灯照射完成预固化，然后松开上夹具，监控照射前后产品收发端数值变化率，Z轴带动上夹具组件上升，X轴带动下夹具组件移动至CCD识别区域；
步骤三、CCD自动拍照对比图像分析调整强化胶涂抹
同轴光源打光，CCD图像识别相机拍照后精确计算收发lens透镜与PCB板的相对位置；下夹具组件移动至外围胶涂抹区域，根据图像识别调整外围胶针头下胶点，针头不动，移动Y轴与R轴在lens透镜与PCB长度方向均匀涂抹三条外围强化胶；然后松开PCB板夹持气夹，电位台回到初始位拆装下一只产品。
10.根据权利要求9所述的COB全自动耦合固化方法，其特征在于：在进行外围强化胶涂抹时，电位台模组平移到外围胶出胶组件下方，先伸出外围胶出胶气缸，在两个通道的透镜之间涂抹强化胶，然后转动R轴，在透镜两侧涂抹强化胶，倾斜角度为45°的外围胶针尖出胶涂抹于透镜与PCB板的边缘。
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