CN113740989B - 准直透镜自动耦合封装设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种准直透镜自动耦合封装设备，包括透镜夹具组件、透镜装料组件、器件夹持组件、点胶固化组件和视觉检测组件，透镜装料组件包括装料台以及设置在装料台一侧的反射检测系统，器件夹持组件对光器件夹持定位，透镜夹具组件夹取装料台上的透镜，由反射检测系统检测确认定位精度后，移动至光器件的耦合位置完成耦合，反射检测系统包括多个反射镜面，通过反射镜面确认透镜各个表面的定位精度，使视觉检测组件的单个镜头就能检测透镜各个表面相对于透镜夹具组件的夹头位置关系，简化了镜头的布置及检测控制，提升了透镜夹具组件夹取透镜的精度，进而提升了透镜耦合封装的质量。

Description

准直透镜自动耦合封装设备

技术领域

本发明涉及透镜耦合技术领域，特别涉及一种准直透镜自动耦合封装设备。

背景技术

半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等特点，可采用简单的注入电流的方式来泵浦，其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成，并且还可以用高达GHz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。由于这些优势，半导体激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面得到了广泛的应用。

随着实际工程的发展，对于半导体激光器的输出功率要求越来越高。半导体激光器中通常具有快轴准直透镜(FAC)，为了保证输出功率，快轴准直透镜要求较高的耦合精度，需要在各个方向对耦合位置进行精准调节。由于快轴准直透镜是预先存放在料盘中的，其上料至料盘中的位置精度可能无法保证，耦合夹具对透镜的夹取同样会产生定位不准的现象，造成耦合精度的降低甚至耦合失败，需要对此进行改进。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种能有效提升透镜夹取、耦合精度的设备。

为了达到上述目的，本发明提供了一种准直透镜自动耦合封装设备，包括透镜夹具组件、透镜装料组件、器件夹持组件、点胶固化组件和视觉检测组件，所述透镜装料组件包括装料台以及设置在所述装料台一侧的反射检测系统，所述器件夹持组件对光器件夹持定位，所述透镜夹具组件夹取所述装料台上的透镜，由所述反射检测系统检测确认定位精度后，移动至所述光器件的耦合位置完成耦合，所述点胶固化组件对耦合后的透镜点胶固化，所述视觉检测组件对透镜的夹取位置以及耦合位置视觉检测，所述反射检测系统包括多个反射镜面，通过所述反射镜面确认透镜各个表面的定位精度。

进一步地，所述反射检测系统包括反射检测座，所述反射检测座的第一侧和第二侧分别连接有第一反射镜面和第二反射镜面，所述反射检测座与反射检测模组连接，通过所述反射检测模组驱动而平移。

进一步地，所述第一反射镜面与水平面的夹角为锐角，所述第二反射镜面与竖直面的夹角为锐角，所述锐角为45度。

进一步地，所述装料台上连接有料盘、调整块和废料槽，透镜上料至所述料盘中，所述调整块为中转位置，以暂存所述透镜夹具组件需二次夹取的透镜，所述废料槽用于存放耦合失败的透镜。

进一步地，所述透镜夹具组件包括夹具安装座，所述夹具安装座与夹具位移模组连接，具有三轴的平移自由度，所述夹具安装座上连接有夹具旋转模组，所述夹具旋转模组具有三轴的旋转自由度，所述夹具旋转模组的末端连接有夹持透镜的透镜夹持部。

进一步地，所述透镜夹持部包括夹具伺服电机，所述夹具伺服电机的第一端设置有相互平行的两条导轨槽，每条所述导轨槽内均设置有一滑块，所述滑块上固定设置一控制块，每块所述控制块的外侧固定设置一透镜夹头，所述夹具伺服电机的转轴上套设有凸轮，所述凸轮的两侧分别与两块所述控制块的内侧相接触，所述凸轮位于每块所述控制块的外侧和内侧之间，旋转时驱动两个所述控制块相向运动，形成两个所述透镜夹头的夹紧动作，所述透镜夹头的底端与所述透镜的形状相适应。

进一步地，所述器件夹持组件包括器件夹持平台，所述器件夹持平台上形成有对光器件定位的定位槽，所述定位槽的一侧连接有多个压紧气缸，所述压紧气缸将所述定位槽内的光器件压紧固定，所述器件夹持平台的底端连接有器件运动模组，所述器件运动模组具有两个平移自由度。

进一步地，还包括耦合检测组件，所述耦合检测组件包括耦合检测模组以及与所述耦合检测模组连接的耦合检测相机，所述耦合检测相机的镜头与所述光器件之间设置有光路系统，使所述光器件的耦合出射光进入所述耦合检测相机的镜头，所述光路系统包括依次设置的潜望镜、三棱镜、聚焦透镜和衰减片，所述潜望镜的入口端伸入光器件的壳体内并对准发光单元的壳体内，所述三棱镜位于所述潜望镜的出口端以改变光路方向，所述聚焦透镜使光路再次汇集为平行光束，所述衰减片使光通量衰减以适应耦合检测相机，所述光路系统以及所述耦合检测模组均连接在耦合检测台上，所述耦合检测台与对接模组连接，具有多个平移自由度。

进一步地，所述点胶固化组件包括点胶位移模组，所述点胶位移模组与所述夹具安装座连接，所述点胶位移模组上设置有点胶头。

进一步地，所述视觉检测组件包括第一视觉检测相机和第二视觉检测相机，所述第一视觉检测相机与所述夹具安装座连接，所述第二视觉检测相机固定设置并对准所述反射检测系统。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明提供的准直透镜自动耦合封装设备，通过透镜装料组件将待耦合的透镜装料、器件夹持组件将待耦合的光器件夹持并定位，透镜夹具组件将装料的透镜夹取后，依靠反射检测系统检测、确认夹持定位精度，再移动至光器件的耦合位置完成耦合，通过反射检测系统的多个反射镜面设置，使视觉检测组件的单个镜头就能检测透镜各个表面相对于透镜夹具组件的夹头位置关系，从而确认透镜的耦合精度，简化了镜头的布置及检测控制，提升了透镜夹具组件夹取透镜的精度，进而提升了透镜耦合封装的质量；

本发明中，透镜装料组件设置有作为中转位置的调整块，当透镜夹具组件夹取料盘中的透镜、并通过反射检测系统检测出位置偏差而需要调整时，透镜夹具组件带动透镜移动至调整块的上表面并将透镜放下，再位移一段距离并微调各个自由度后重新返回，对透镜二次夹取，使透镜相对于透镜夹具组件的位置完成修正；

本发明的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的透镜装料组件示意图；

图3为本发明的透镜夹具组件示意图；

图4为本发明的透镜夹持部示意图；

图5为本发明的耦合检测组件示意图；

图6为光器件结构示意图。

【附图标记说明】

100-光器件；101-发光单元；102-透镜；200-透镜夹具组件；201-夹具安装座；202-夹具位移模组；203-夹具旋转模组；204-透镜夹持部；205-缓冲气弹簧；206-夹具伺服电机；207-导轨槽；208-滑块；209-控制块；210-透镜夹头；211-凸轮；300-透镜装料组件；301-装料台；302-反射检测系统；303-反射检测座；304-第一反射镜面；305-第二反射镜面；306-反射检测模组；307-料盘；308-调整块；309-废料槽；400-器件夹持组件；401-器件夹持平台；402-定位槽；403-压紧气缸；404-器件运动模组；500-点胶固化组件；501-点胶位移模组；502-点胶头；600-视觉检测组件；601-第一视觉检测相机；602-第二视觉检测相机；700-耦合检测组件；701-耦合检测模组；702-耦合检测相机；703-三棱镜；704-聚焦透镜；705-衰减片；706-耦合检测台；707-对接模组。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是锁定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种准直透镜自动耦合封装设备，对应的光器件100结构如图6所示，其内具有多个排列分布的发光单元101，各个发光单元101的出射光通过透镜102的准直后形成平行光束，再通过与发光单元101一一对应的反射镜使各条出射光合束，以大幅提升输出功率。

准直透镜自动耦合封装设备将透镜102与发光单元101一一耦合并封装，具体包括透镜夹具组件200、透镜装料组件300、器件夹持组件400、点胶固化组件500和视觉检测组件600。其中，透镜装料组件300包括装料台301以及设置在装料台301一侧的反射检测系统302，器件夹持组件400对光器件100夹持定位，透镜夹具组件200夹取装料台301上的透镜102，由反射检测系统302检测确认夹持定位精度后，移动至光器件100的耦合位置完成耦合。点胶固化组件500对耦合后的透镜102点胶固化，视觉检测组件600对透镜102的夹取位置以及耦合位置视觉检测、定位。

其中，反射检测系统302包括多个反射镜面，通过反射镜面的设置，使视觉检测组件600的单个镜头就能检测透镜102各个表面相对于透镜夹具组件200的夹头位置关系，从而确认透镜102的耦合精度，简化了镜头的布置及检测控制，提升了透镜夹具组件200夹取透镜102的精度。

同时如图2所示，反射检测系统302包括反射检测座303，反射检测座303的第一侧和第二侧分别连接有第一反射镜面304和第二反射镜面305，反射检测座303与反射检测模组306连接，通过反射检测模组306驱动而平移，以切换第一反射镜面304或第二反射镜面305与镜头对准。具体地，第一反射镜面304与水平面的夹角为锐角，第二反射镜面305与竖直面的夹角为锐角，且本实施例中均优选为45度。当第一反射镜面304与镜头对准、即透镜夹具组件200夹持的透镜102位于镜头与第一反射镜面304之间时，在反射作用下镜头能同时获取透镜102的正面和底面图像，当第二反射镜面305与镜头对准、即透镜夹具组件200夹持的透镜102位于镜头与第二反射镜面305之间时，在反射作用下镜头能同时获取透镜102的正面和侧面图像。若检测到透镜102相对于夹头的位置不准时，透镜夹具组件200将透镜102放置，移开调整自由度后再二次夹取，确保夹持定位的准确性。

在本实施例中，装料台301上连接有料盘307、调整块308和废料槽309，透镜102上料至料盘307内。调整块308作为中转位置，以暂存透镜夹具组件200需二次夹取的透镜102。当透镜夹具组件200夹取料盘307中的透镜102、并通过反射检测系统302检测出位置偏差而需要调整时，透镜夹具组件200带动透镜102移动至调整块308的上表面并将透镜102放下，再位移一段距离并微调各个自由度后重新返回，对透镜102二次夹取，使透镜102相对于透镜夹具组件200的位置准确。

废料槽309用于存放耦合失败的透镜102，当透镜102在光器件100内耦合失败时，透镜夹具组件200返回至装料台301上方，将次品放置于废料槽309内，再重新夹取料盘307中新的透镜102开始耦合过程。

同时如图3所示，透镜夹具组件200包括夹具安装座201，夹具安装座201与夹具位移模组202连接，具有三轴的平移自由度。夹具安装座201上连接有夹具旋转模组203，夹具旋转模组203具有三轴的旋转自由度，夹具旋转模组203的末端连接有夹持透镜102的透镜夹持部204。因此，透镜夹持部204具有全部六个自由度，不仅通过各个自由度实现将透镜102从透镜装料组件300搬运至器件夹持组件400，同时控制透镜夹持部204在夹取位置以及耦合位置的微调动作，使透镜102的定位、与光器件100的耦合精度满足要求。

其中，夹具位移模组202等依靠高精度直线电机驱动，具有较高的位移精度，能满足耦合时的微调需求。由于直线电机在断电时无法作用，会导致结构受重力而在竖直方向上下落，造成冲击而影响精度等，因此还设置有平衡重力的缓冲气弹簧205，其移动端与夹具安装座201连接，使夹具位移模组202断电时不会下落。

同时如图4所示，本实施例中透镜夹持部204包括夹具伺服电机206，夹具伺服电机206的外壳第一端设置有相互平行的两条导轨槽207，每条导轨槽207内均设置有一滑块208，滑块208上固定设置一控制块209，每个控制块209的外侧固定设置一透镜夹头210，两个控制块209相对于夹具伺服电机206的转轴旋转对称。同时，转轴上套设有凸轮211，其两侧分别与两个控制块209的内侧相接触，凸轮211位于每个控制块209的外侧和内侧之间，控制块209的内侧向下延伸的部分与凸轮211面接触，而控制块209的外侧向外延伸的部分作为透镜夹头210的安装连接部分。当凸轮211旋转时，较大外径的两端逐渐与控制块209的内侧接触，从而驱动两个控制块209沿导轨槽207相向运动，形成两个透镜夹头210的夹紧动作。而当凸轮211旋转至较小外径的两端与控制块209靠近时，控制块209和透镜夹头210为放松状态，将夹持的透镜102放下。因此，通过夹具伺服电机206能方便地切换透镜夹头210的夹紧与张开动作，适用于透镜结构的夹持控制。

请再次参阅图1，器件夹持组件400包括器件夹持平台401，器件夹持平台401上形成有对光器件100定位的定位槽402，其形状与光器件100的外壳相匹配。定位槽402的一侧连接有多个压紧气缸403，光器件100上料后压紧气缸403作用使光器件100与定位槽402的侧壁压紧。另外，器件夹持平台401的底端还连接有器件运动模组404，器件运动模组404具有两个平移自由度，便于对光器件100的位置进行调整。

本实施例中透镜102与光器件100的耦合精度依靠光斑检测完成，因此还设置有耦合检测组件700。同时如图5所示，耦合检测组件包括耦合检测模组701以及与耦合检测模组701连接的耦合检测相机702，耦合检测相机702的镜头与光器件100之间设置有光路系统，使光器件100的耦合出射光进入耦合检测相机702的镜头。其中，耦合检测模组702与光路系统最终的出射光平行设置，确保耦合检测相机702移动至任意位置时镜头仍对准最终的出射光。通过耦合检测模组701调整耦合检测相机702的位置，使得耦合检测相机702在近点和远点分别检测光斑位置，确认透镜102的耦合精度，相比于固定检测光斑的形式，本实施例提供的移动式耦合检测相机702检测精度和可靠性更高。

具体地，光路系统包括依次设置的潜望镜(图中未显示)、三棱镜703、聚焦透镜704和衰减片705，潜望镜的入口端伸入光器件100的壳体内并对准发光单元101，使发光单元101发射的光束经过透镜102准直后进入潜望镜，三棱镜703位于潜望镜的出口端以改变光路方向，聚焦透镜704使光路再次汇集为平行光束，衰减片705使光通量衰减以适应耦合检测相机702，由耦合检测相机702完成耦合精度的检测。其中，光路系统以及耦合检测模组701均连接在耦合检测台706上，耦合检测台706与对接模组707连接，具有多个平移自由度，通过对接模组707驱动耦合检测台706位移，使潜望镜的入口端依次与光器件100的各个发光单元101对接，完成各个发光单元101与透镜102的耦合精度检测。

请再次参阅图3，点胶固化组件500包括点胶位移模组501，点胶位移模组501与夹具安装座201连接，且点胶位移模组501上设置有点胶头502，点胶头502能随夹具安装座201进行三轴平移，当透镜夹持部204完成透镜102耦合后，点胶固化组件500随夹具安装座201位移，使点胶头502对准透镜102的耦合位置，点胶位移模组501驱动点胶头502下移对透镜102的点胶位置点胶。另外，点胶固化组件500还包括固化装置(图中未显示)，通过固化装置对完成点胶的透镜102固化。

视觉检测组件600包括第一视觉检测相机601和第二视觉检测相机602。其中，第一视觉检测相机601与夹具安装座201连接，对透镜夹持部204以及点胶头502进行视觉检测，第二视觉检测相机602固定设置并对准反射检测系统302，通过单个视觉检测相机确认透镜102取料时的定位精度。从而透镜102的取料、耦合及点胶固化过程在视觉检测相机的反馈控制下完成。

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 (9)

1.一种准直透镜自动耦合封装设备，其特征在于，包括透镜夹具组件、透镜装料组件、器件夹持组件、点胶固化组件和视觉检测组件，所述透镜装料组件包括装料台以及设置在所述装料台一侧的反射检测系统，所述器件夹持组件对光器件夹持定位，所述透镜夹具组件夹取所述装料台上的透镜，由所述反射检测系统检测确认定位精度后，移动至所述光器件的耦合位置完成耦合，所述点胶固化组件对耦合后的透镜点胶固化，所述视觉检测组件对透镜的夹取位置以及耦合位置视觉检测，所述反射检测系统包括多个反射镜面，通过所述反射镜面确认透镜各个表面的定位精度；

所述反射检测系统包括反射检测座，所述反射检测座的第一侧和第二侧分别连接有第一反射镜面和第二反射镜面，所述反射检测座与反射检测模组连接，通过所述反射检测模组驱动而平移，以切换第一反射镜面或第二反射镜面与镜头对准；所述第一反射镜面与水平面的夹角为锐角，所述第二反射镜面与竖直面的夹角为锐角；

当第一反射镜面与镜头对准，在反射作用下镜头能同时获取透镜的正面和底面图像，当第二反射镜面与镜头对准，在反射作用下镜头能同时获取透镜的正面和侧面图像。

2.根据权利要求1所述的准直透镜自动耦合封装设备，其特征在于，所述锐角为45度。

3.根据权利要求1所述的准直透镜自动耦合封装设备，其特征在于，所述装料台上连接有料盘、调整块和废料槽，透镜上料至所述料盘中，所述调整块为中转位置，以暂存所述透镜夹具组件需二次夹取的透镜，所述废料槽用于存放耦合失败的透镜。

4.根据权利要求1所述的准直透镜自动耦合封装设备，其特征在于，所述透镜夹具组件包括夹具安装座，所述夹具安装座与夹具位移模组连接，具有三轴的平移自由度，所述夹具安装座上连接有夹具旋转模组，所述夹具旋转模组具有三轴的旋转自由度，所述夹具旋转模组的末端连接有夹持透镜的透镜夹持部。

5.根据权利要求4所述的准直透镜自动耦合封装设备，其特征在于，所述透镜夹持部包括夹具伺服电机，所述夹具伺服电机的第一端设置有相互平行的两条导轨槽，每条所述导轨槽内均设置有一滑块，所述滑块上固定设置一控制块，每块所述控制块的外侧固定设置一透镜夹头，所述夹具伺服电机的转轴上套设有凸轮，所述凸轮的两侧分别与两块所述控制块的内侧相接触，所述凸轮位于每块所述控制块的外侧和内侧之间，旋转时驱动两个所述控制块相向运动，形成两个所述透镜夹头的夹紧动作，所述透镜夹头的底端与所述透镜的形状相适应。

6.根据权利要求1所述的准直透镜自动耦合封装设备，其特征在于，所述器件夹持组件包括器件夹持平台，所述器件夹持平台上形成有对光器件定位的定位槽，所述定位槽的一侧连接有多个压紧气缸，所述压紧气缸将所述定位槽内的光器件压紧固定，所述器件夹持平台的底端连接有器件运动模组，所述器件运动模组具有两个平移自由度。

7.根据权利要求1所述的准直透镜自动耦合封装设备，其特征在于，还包括耦合检测组件，所述耦合检测组件包括耦合检测模组以及与所述耦合检测模组连接的耦合检测相机，所述耦合检测相机的镜头与所述光器件之间设置有光路系统，使所述光器件的耦合出射光进入所述耦合检测相机的镜头，所述光路系统包括依次设置的潜望镜、三棱镜、聚焦透镜和衰减片，所述潜望镜的入口端伸入光器件的壳体内并对准发光单元的壳体内，所述三棱镜位于所述潜望镜的出口端以改变光路方向，所述聚焦透镜使光路再次汇集为平行光束，所述衰减片使光通量衰减以适应耦合检测相机，所述光路系统以及所述耦合检测模组均连接在耦合检测台上，所述耦合检测台与对接模组连接，具有多个平移自由度。

8.根据权利要求5所述的准直透镜自动耦合封装设备，其特征在于，所述点胶固化组件包括点胶位移模组，所述点胶位移模组与所述夹具安装座连接，所述点胶位移模组上设置有点胶头。

9.根据权利要求8所述的准直透镜自动耦合封装设备，其特征在于，所述视觉检测组件包括第一视觉检测相机和第二视觉检测相机，所述第一视觉检测相机与所述夹具安装座连接，所述第二视觉检测相机固定设置并对准所述反射检测系统。

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