CN112621210A - 一种半导体泵源壳体内的fac镜自动装配方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体激光技术领域，具体公开了一种半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配方法，其中，包括：获取FAC镜的镜盒放置位置；根据所述FAC镜的镜盒放置位置以及预设的泵源壳体内通道位置生成镜夹控制信号，所述镜夹控制信号用于控制镜夹从所述FAC镜的镜盒放置位置依次夹取FAC镜并运送至泵源壳体内的相应通道位置；对到达泵源壳体内的相应通道位置的FAC镜进行找光对准；将对准后的FAC镜进行固定。本发明还公开了一种半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配装置及系统。本发明提供的半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配方法能够实现泵源壳体内FAC镜装配的自动化，节约了人力成本，且通过自动控制实现的FAC镜的自动取放还具有放置位置精度高的优势。

Description

一种半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及半导体激光技术领域，尤其涉及一种半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配方法、半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配装置及半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配系统。

背景技术

随着半导体激光技术的日趋成熟，其应用范围也越来越广，现阶段已经大量应用于工业制造，医学，国防，农业等领域。目前，市场对此类产品的需求量越来越大，以往的人工生产已经不能满足市场。因此，如何实现半导体泵源激光生产中的自动化成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配方法、半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配装置及半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配系统，解决相关技术中存在的无法实现半导体泵源激光生产中的自动化的问题。

作为本发明的第一个方面，提供一种半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配方法，其中，包括：

获取FAC镜的镜盒放置位置；

根据所述FAC镜的镜盒放置位置以及预设的泵源壳体内通道位置生成镜夹控制信号，所述镜夹控制信号用于控制镜夹从所述FAC镜的镜盒放置位置依次夹取FAC镜并运送至泵源壳体内的相应通道位置；

对到达泵源壳体内的相应通道位置的FAC镜进行找光对准；

将对准后的FAC镜进行固定。

进一步地，所述获取FAC镜的镜盒放置位置，包括：

根据驱动马达的移动位置分析得到所述FAC镜的镜盒放置位置。

进一步地，所述根据所述FAC镜的镜盒放置位置以及预设的泵源壳体内通道位置生成镜夹控制信号，包括：

根据FAC镜的镜盒采集图像分析得到FAC镜的镜盒分布以及待夹取的FAC镜所在的镜盒区域；

根据待夹取的FAC镜所在的镜盒区域以及预设的泵源壳体内的当前待放置通道位置生成当前镜夹控制信号，

重复上述过程。

进一步地，所述根据所述FAC镜的镜盒放置位置以及预设的泵源壳体内通道位置生成镜夹控制信号，还包括：

对镜夹夹取的FAC镜的位置进行准直对准。

进一步地，所述对镜夹夹取的FAC镜的位置进行准直对准，包括：

控制镜夹的俯仰角以及绕竖直方向的旋转角度；

根据红光接收器的红光核心光斑位置是否发生偏移判断FAC镜的位置是否处于标准。

进一步地，所述对到达泵源壳体内的相应通道位置的FAC镜进行找光对准，包括：

获取远近场光斑机采集到的光斑图像；

根据光斑图像的光斑参数调整镜夹的移动，直至所述光斑参数满足对准条件，其中所述对准条件包括：光斑位于中心位置、光斑收敛至小形状、光斑尾部收敛且上下均匀以及光斑倾斜角为零。

进一步地，所述根据光斑图像的光斑参数调整镜夹的移动，直至所述光斑参数满足对准条件，包括：

控制镜夹沿y轴方向上下移动，并通过远近场光斑机的光强参数判定调节补偿，以满足光斑位于中心位置；

控制镜夹沿z轴方向前后移动，并通过远近场光斑机调节焦距，以满足光斑收敛至最小形状；

控制镜夹绕pitch轴旋转，以满足光斑尾部收敛且上下均匀；

控制镜夹绕R轴旋转，以满足光斑倾斜角度为零。

进一步地，所述将对准后的FAC镜进行固定，包括：

将对准后的FAC镜进行点胶固定；

控制FAC镜的镜夹进行回位置校准；

对点胶后的FAC镜进行UV固化。

作为本发明的另一个方面，提供一种半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配装置，其中，包括：

获取模块，用于获取FAC镜的镜盒放置位置；

控制模块，用于根据所述FAC镜的镜盒放置位置以及预设的泵源壳体内通道位置生成镜夹控制信号，所述镜夹控制信号用于控制镜夹从所述FAC镜的镜盒放置位置依次夹取FAC镜并运送至泵源壳体内的相应通道位置；

找光对准模块，用于对到达泵源壳体内的相应通道位置的FAC镜进行找光对准；

固定模块，用于将对准后的FAC镜进行固定。

作为本发明的另一个方面，提供一种半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配系统，其中，包括：控制器、驱动马达、定位用相机、准直相机、远近场光斑机、功率计、传感器、点胶机、UV光源和权利要求9所述的半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配装置，所述控制器、功率计、远近场光斑机、定位用相机和准直相机均与所述半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配装置通信连接，所述传感器与所述功率计通信连接，所述驱动马达、UV光源和点胶机与所述控制器连接；

所述驱动马达用于控制多个维度的电机，以实现驱动镜夹的移动；

所述控制器用于接收所述半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配装置的控制信号，并生成对驱动马达、点胶机以及UV光源控制的驱动信号；

所述点胶机用于实现点胶；

所述UV光源用于实现UV胶固化；

所述定位用相机用于采集镜夹夹取FAC镜过程中的位置的图像；

所述准直相机用于对镜夹夹取FAC镜后FAC镜在镜夹上的位置进行校准；

所述远近场光斑机用于对放置在泵源壳体内的相应通道位置处的FAC镜进行找光对准；

所述功率计用于将所述传感器的压力值从模拟信号转换为数字信号传给所述半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配装置；

所述传感器用于检测镜夹夹取FAC镜的压力。

本发明提供的半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配方法，能够控制FAC镜的自动取镜以及自动放置与校准，从而实现了半导体泵源壳体内FAC镜装配的自动化，节约了人力成本，且通过自动控制实现的FAC镜的自动取放还具有放置位置精度高的优势。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1为本发明提供的半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配方法的流程图。

图2为本发明提供的半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配系统的结构框图。

图3为本发明提供的半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配方法的具体实施方式流程图。

图4为本发明提供的FAC镜夹取俯视图。

图5为本发明提供的FAC镜夹取主视图。

图6为本发明提供的FAC镜夹空间位置及旋转角度坐标轴示意图。

图7为本发明提供的准直对准示意图。

图8为本发明提供的红光光斑中心移动路径示意图。

图9为本发明提供的远近场光斑及工作示意图。

图10为本发明提供的半导体泵源壳体的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明实施例中提供一种半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配系统，如图1所示，其中，包括：控制器、驱动马达、定位用相机、准直相机、远近场光斑机、功率计、传感器、点胶机、UV光源和半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配装置，所述控制器、功率计、远近场光斑机、定位用相机和准直相机均与所述半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配装置通信连接，所述传感器与所述功率计通信连接，所述驱动马达、UV光源和点胶机与所述控制器连接；

所述驱动马达用于控制多个维度的电机，以实现驱动镜夹的移动；

所述控制器用于接收所述半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配装置的控制信号，并生成对驱动马达、点胶机以及UV光源控制的驱动信号；

所述点胶机用于实现点胶；

所述UV光源用于实现UV胶固化；

所述定位用相机用于采集镜夹夹取FAC镜过程中的位置的图像；

所述准直相机用于对镜夹夹取FAC镜后FAC镜在镜夹上的位置进行校准；

所述远近场光斑机用于对放置在泵源壳体内的相应通道位置处的FAC镜进行找光对准；

所述功率计用于将所述传感器的压力值从模拟信号转换为数字信号传给所述半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配装置；

所述传感器用于检测镜夹夹取FAC镜的压力。

在本发明实施例中，所述驱动马达可以包括8轴马达，8轴马达可以控制8个维度的电机。

具体地，所述半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配装置为安装在PC机上的光斑合束控制软件。

在本发明实施例中，所述半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配装置具体可以包括以下：

获取模块，用于获取FAC镜的镜盒放置位置；

控制模块，用于根据所述FAC镜的镜盒放置位置以及预设的泵源壳体内通道位置生成镜夹控制信号，所述镜夹控制信号用于控制镜夹从所述FAC镜的镜盒放置位置依次夹取FAC镜并运送至泵源壳体内的相应通道位置；

找光对准模块，用于对到达泵源壳体内的相应通道位置的FAC镜进行找光对准；

固定模块，用于将对准后的FAC镜进行固定。

在本实施例中还提供了通过前述半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配装置来实现的半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配方法，图2是根据本发明实施例提供的半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配方法的流程图，如图2所示，包括：

S110、获取FAC镜的镜盒放置位置；

S120、根据所述FAC镜的镜盒放置位置以及预设的泵源壳体内通道位置生成镜夹控制信号，所述镜夹控制信号用于控制镜夹从所述FAC镜的镜盒放置位置依次夹取FAC镜并运送至泵源壳体内的相应通道位置；

S130、对到达泵源壳体内的相应通道位置的FAC镜进行找光对准；

S140、将对准后的FAC镜进行固定。

本发明实施例提供的半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配方法，能够控制FAC镜的自动取镜以及自动放置与校准，从而实现了光斑合束的自动化，节约了人力成本，且通过自动控制实现的FAC镜的自动取放还具有放置位置精度高的优势。

需要说明的是，FAC，Fast Axis Collimator，快轴准直透镜。

如图10所示，所述半导体泵源壳体内设置多个通道，每个通道上有COS发光芯片，COS前端放置一个FAC镜，FAC镜本身存放在镜盒内，通过控制镜夹机构从镜盒内将FAC镜运送到所述半导体泵源壳体的相应通道COS的前端。

具体地，所述获取FAC镜的镜盒放置位置，包括：

根据驱动马达的移动位置分析得到所述FAC镜的镜盒放置位置。

具体地，所述根据所述FAC镜的镜盒放置位置以及预设的泵源壳体内通道位置生成镜夹控制信号，包括：

根据FAC镜的镜盒采集图像分析得到FAC镜的镜盒分布以及待夹取的FAC镜所在的镜盒区域；

根据待夹取的FAC镜所在的镜盒区域以及预设的泵源壳体内的当前待放置通道位置生成当前镜夹控制信号，

重复上述过程。

在本发明实施例中，如图3至图6所示，FAC镜按料盒中的矩形阵列框中放置，夹子上有压力传感器用来感知竖直方向的压力值，用来判定夹子与FAC镜接触的夹取状态。

第一步，镜夹运行至FAC镜矩阵队列中起始镜子上方

第二步，调节镜夹，镜夹R轴方向旋转运行，通过定位相机显示图像判定夹子下压时左右两边保持水平

第三步，确定镜夹中心点，通过定位相机保存的图片识别镜子中心点

第四步，寻找FAC镜，通过定位相机图像识别FAC镜角度及中点位置

第五步，镜夹按Yaw轴旋转，然后水平方向移动，运行至FAC镜子中心点位置上方，通过图像中心点像素位移按比例计算

第六步，镜夹y轴方向运动下压，通过竖直压力传感器感知夹子凹槽与FAC镜的下压情况

第七步，镜夹左右夹子夹紧，通过凹槽卡住FAC镜来夹取；

第八步，镜夹y轴方向离开料盒，通过竖直压力传感器的压力值判定，完成取镜子操作。通过定位相机图像识别算法判断是否夹取成功，若夹取失败则返回取镜失败信号，控制器生成重新夹取信号，驱动镜夹机构运行至下一个FAC镜处重复上述夹取步骤。

具体地，所述根据所述FAC镜的镜盒放置位置以及预设的泵源壳体内通道位置生成镜夹控制信号，还包括：

对镜夹夹取的FAC镜的位置进行准直对准。

进一步具体地，如图7所示，所述对镜夹夹取的FAC镜的位置进行准直对准，包括：

控制镜夹的俯仰角以及绕竖直方向的旋转角度；

根据红光接收器的红光核心光斑位置是否发生偏移判断FAC镜的位置是否处于标准。

应当理解的是，在镜夹夹取FAC镜后，为了使得FAC镜能够准确被放置在泵源壳体内的相应通道位置处，还需要对找光位置进行确定。

具体地，如图7和图8所示：

第一步：镜夹沿Z轴方向运行，确保镜夹整体位于安全位置，上电探针与导光臂之间

第二步：镜夹沿x轴方向左移，运行至壳体需做通道上方

第三步：镜夹沿y轴方向下移，运行至相应通道COS（Chip on Submount，激光芯片）上方，通过定位相机图像判定FAC镜与COS芯片上下距离

第四步：镜夹按Yaw轴方向旋转，通过定位相机图像判定FAC镜与COS芯片的边缘平行

第五步：镜夹沿x轴方向运行，通过定位相机图像判定FAC镜处于COS中心位置。

具体地，所述对到达泵源壳体内的相应通道位置的FAC镜进行找光对准，包括：

获取远近场光斑机采集到的光斑图像；

根据光斑图像的光斑参数调整镜夹的移动，直至所述光斑参数满足对准条件，其中所述对准条件包括：光斑位于中心位置、光斑收敛至小形状、光斑尾部收敛且上下均匀以及光斑倾斜角为零。

具体地，在将FAC镜放置在相应通道位置处后，需要进行找光对准。

具体地，如图8所示，所述根据光斑图像的光斑参数调整镜夹的移动，直至所述光斑参数满足对准条件，包括：

控制镜夹沿y轴方向上下移动，并通过远近场光斑机的光强参数判定调节补偿，以满足光斑位于中心位置；

控制镜夹沿z轴方向前后移动，并通过远近场光斑机调节焦距，以满足光斑收敛至最小形状；

控制镜夹绕pitch轴旋转，以满足光斑尾部收敛且上下均匀；

控制镜夹绕R轴旋转，以满足光斑倾斜角度为零。

在本发明实施例中，所述将对准后的FAC镜进行固定，包括：

将对准后的FAC镜进行点胶固定；

控制FAC镜的镜夹进行回位置校准；

对点胶后的FAC镜进行UV固化。

具体地，在点胶时，相对于对准位置，调马达X，Y ，Z这3个轴方向运行，加上一个上下移动的气缸来控制点胶的位置，点胶的位置相对于COS芯片可根据用户自定义。

上下气缸用于控制点胶针管，通过定位相机视野识别判定针尖是否下降到COS芯片点胶位置。

点胶后，需要进行回位置校准，即点胶机构完成一次点胶动作后，镜夹返回对准位置，准备下一次FAC镜的夹取。

在回位置校准后，进行远近场平衡。

该流程目的是通过近远场光斑机接受的光斑位置，使近远场光斑中心高度一致，根据光斑长度及宽度 可位置确定光路入射情况

第一步：相对于对准位置，打开远场光斑机，根据近场光斑位置判定相对移动高度

第二步：调整远场光斑机与反射镜之间的反射角度，使得远场光斑移动至与近场光斑高度一致，且位于中心高度：

进行UV固化时，打开UV固化灯使得胶体固化

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配方法，其特征在于，包括：

获取FAC镜的镜盒放置位置；

根据所述FAC镜的镜盒放置位置以及预设的泵源壳体内通道位置生成镜夹控制信号，所述镜夹控制信号用于控制镜夹从所述FAC镜的镜盒放置位置依次夹取FAC镜并运送至泵源壳体内的相应通道位置；

对到达泵源壳体内的相应通道位置的FAC镜进行找光对准；

将对准后的FAC镜进行固定。

2.根据权利要求1所述的半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配方法，其特征在于，所述获取FAC镜的镜盒放置位置，包括：

根据驱动马达的移动位置分析得到所述FAC镜的镜盒放置位置。

3.根据权利要求1所述的半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配方法，其特征在于，所述根据所述FAC镜的镜盒放置位置以及预设的泵源壳体内通道位置生成镜夹控制信号，包括：

根据FAC镜的镜盒采集图像分析得到FAC镜的镜盒分布以及待夹取的FAC镜所在的镜盒区域；

根据待夹取的FAC镜所在的镜盒区域以及预设的泵源壳体内的当前待放置通道位置生成当前镜夹控制信号，

重复上述过程。

4.根据权利要求3所述的半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配方法，其特征在于，所述根据所述FAC镜的镜盒放置位置以及预设的泵源壳体内通道位置生成镜夹控制信号，还包括：

对镜夹夹取的FAC镜的位置进行准直对准。

5.根据权利要求4所述的半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配方法，其特征在于，所述对镜夹夹取的FAC镜的位置进行准直对准，包括：

控制镜夹的俯仰角以及绕竖直方向的旋转角度；

根据红光接收器的红光核心光斑位置是否发生偏移判断FAC镜的位置是否处于标准。

6.根据权利要求1所述的半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配方法，其特征在于，所述对到达泵源壳体内的相应通道位置的FAC镜进行找光对准，包括：

获取远近场光斑机采集到的光斑图像；

根据光斑图像的光斑参数调整镜夹的移动，直至所述光斑参数满足对准条件，其中所述对准条件包括：光斑位于中心位置、光斑收敛至小形状、光斑尾部收敛且上下均匀以及光斑倾斜角为零。

7.根据权利要求6所述的半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配方法，其特征在于，所述根据光斑图像的光斑参数调整镜夹的移动，直至所述光斑参数满足对准条件，包括：

控制镜夹沿y轴方向上下移动，并通过远近场光斑机的光强参数判定调节补偿，以满足光斑位于中心位置；

控制镜夹沿z轴方向前后移动，并通过远近场光斑机调节焦距，以满足光斑收敛至最小形状；

控制镜夹绕pitch轴旋转，以满足光斑尾部收敛且上下均匀；

控制镜夹绕R轴旋转，以满足光斑倾斜角度为零。

8.根据权利要求1所述的半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配方法，其特征在于，所述将对准后的FAC镜进行固定，包括：

将对准后的FAC镜进行点胶固定；

控制FAC镜的镜夹进行回位置校准；

对点胶后的FAC镜进行UV固化。

9.一种半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取FAC镜的镜盒放置位置；

控制模块，用于根据所述FAC镜的镜盒放置位置以及预设的泵源壳体内通道位置生成镜夹控制信号，所述镜夹控制信号用于控制镜夹从所述FAC镜的镜盒放置位置依次夹取FAC镜并运送至泵源壳体内的相应通道位置；

找光对准模块，用于对到达泵源壳体内的相应通道位置的FAC镜进行找光对准；

固定模块，用于将对准后的FAC镜进行固定。

10.一种半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配系统，其特征在于，包括：控制器、驱动马达、定位用相机、准直相机、远近场光斑机、功率计、传感器、点胶机、UV光源和权利要求9所述的半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配装置，所述控制器、功率计、远近场光斑机、定位用相机和准直相机均与所述半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配装置通信连接，所述传感器与所述功率计通信连接，所述驱动马达、UV光源和点胶机与所述控制器连接；

所述驱动马达用于控制多个维度的电机，以实现驱动镜夹的移动；

所述控制器用于接收所述半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配装置的控制信号，并生成对驱动马达、点胶机以及UV光源控制的驱动信号；

所述点胶机用于实现点胶；

所述UV光源用于实现UV胶固化；

所述定位用相机用于采集镜夹夹取FAC镜过程中的位置的图像；

所述准直相机用于对镜夹夹取FAC镜后FAC镜在镜夹上的位置进行校准；

所述远近场光斑机用于对放置在泵源壳体内的相应通道位置处的FAC镜进行找光对准；

所述功率计用于将所述传感器的压力值从模拟信号转换为数字信号传给所述半导体泵源壳体内的FAC镜自动装配装置；

所述传感器用于检测镜夹夹取FAC镜的压力。

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