CN113764974A

CN113764974A - Fac自动耦合封装设备

Info

Publication number: CN113764974A
Application number: CN202111087345.1A
Authority: CN
Inventors: 段吉安; 彭晋文; 唐佳; 卢胜强; 徐聪
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2021-09-16
Filing date: 2021-09-16
Publication date: 2021-12-07
Anticipated expiration: 2041-09-16
Also published as: CN113764974B

Abstract

本发明提供了一种FAC自动耦合封装设备，包括：料盘组件，所述料盘组件设置有料盘和中转臂，所述料盘内存放有透镜；转运组件，所述转运组件架设在所述料盘组件上方，耦合台组件，所述耦合台组件设置有耦合台，所述耦合台用于放置激光器，激光器内设置有多个激光器芯片，耦合组件，所述耦合组件设置在耦合台组件上方；点胶固化组件，所述点胶固化组件设置有胶筒和固化灯；上电组件，所述上电组件设置有探针；检测组件，所述检测组件设置有检测相机和潜望镜。本发明能够实现透镜的上料以及上料过程中的姿态转换，透镜耦合效率高，耦合精度稳定，能够有效提高生产效率，降低生产成本。

Description

FAC自动耦合封装设备

技术领域

本发明涉及半导体激光技术领域，特别涉及一种FAC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，寿命长等诸多有点，其在国民经济的各方面起着越来越重要的作用；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，为了获得高输出功率需要采用阵列半导体激光器，即将多个半导体激光器线状集成在同一个载体上，通过光学元件将每个半导体激光器产生的激光汇聚到一起；快轴准直镜(FAC)是高功率半导体激光系统中最为重要的透镜之一，其作为激光器芯片的第一个光学元件，如果光束聚焦不好、轻斜、拖尾，后续光路很难或不可能到达需求，而且造成整个光路更多光功率损耗和散射光，对整个激光器寿命和稳定性会造成严重影响，现有大多数FAC耦合通常依靠人工操作完成，耦合过程对工人经验依赖大，同时耦合结果不稳定，严重影响生产效率，同时操作过程中需要对激光器上电产生激光，激光易造成人员安全风险；部分厂家生产时采用的FAC耦合设备具备一定的自动化生产能力，但是由于FAC的特殊形状结构影响，透镜的上料以及耦合仍存在需要复杂结构和工序才能完成的问题，严重影响成本和生产效率。

发明内容

本发明提供了一种FAC自动耦合封装设备，其目的是为了解决现有FAC耦合过程中，人工耦合人员经验依赖大、耦合结果不稳定、人员具有安全风险以及部分FAC耦合设备上料及耦合需要复杂结构和工序影响生产成本和效率的问题。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种FAC自动耦合封装设备，包括：

料盘组件，所述料盘组件设置有料盘和中转臂，所述料盘组件驱动所述料盘和中转臂运动，所述料盘内存放有透镜；

转运组件，所述转运组件架设在所述料盘组件上方，所述转运组件用于将料盘内透镜转移至所述中转臂上；

耦合台组件，所述耦合台组件设置有耦合台，所述耦合台用于放置激光器，激光器内设置有多个激光器芯片，所述耦合台组件驱动所述耦合台直线运动；

耦合组件，所述耦合组件设置在耦合台组件上方，所述耦合组件夹取所述中转臂上的透镜与激光器芯片耦合；

点胶固化组件，所述点胶固化组件设置有胶筒和固化灯，所述胶筒在激光器芯片上点胶后，固化灯对点胶处照射固化；

上电组件，所述上电组件设置有探针，所述探针接触激光器芯片使其上电发射激光；

检测组件，所述检测组件设置有检测相机和潜望镜，所述潜望镜接收激光器芯片发射的激光并通过检测相机检测耦合位置是否达标。

其中，所述料盘组件设置有料盘第一直线滑台，所述料盘第一直线滑台上设置有料盘第二直线滑台，所述料盘第二直线滑台上设置有料盘旋转台，所述料盘设置在所述料盘旋转台上，所述中转臂通过所述料盘第二直线滑台设置在所述料盘一侧。

其中，所述中转臂的前端设置有置物夹爪，所述置物夹爪的末端顶面高度低于所述置物夹爪的中部顶面高度，所述置物夹爪的末端开设有置物弹性缝，所述置物弹性缝内夹设有置物吸附件，所述置物吸附件的高度可调。

其中，所述转运组件设置有转运竖直滑台，所述转运竖直滑台的底部通过转运安装板设置有转运夹爪，所述转运夹爪用于从两侧夹取透镜，将透镜放置在所述置物吸附件上。

其中，所述耦合组件设置有耦合运动平台和耦合夹爪，所述耦合运动平台设置有耦合竖直运动滑台，所述耦合竖直运动滑台上设置有耦合运动安装板，所述耦合运动安装板的底部设置有耦合第一角位移台，所述耦合第一角位移台设置有耦合水平运动滑台，所述耦合水平运动滑台上设置有倾斜安装板，所述倾斜安装板上设置有耦合第二角位移台，所述耦合夹爪通过一夹爪安装件设置在所述耦合第二角位移台前端；所述耦合夹爪设置有驱动凸轮，所述驱动凸轮由夹爪电机驱动旋转，所述耦合夹爪设置有上夹爪和下夹爪，所述驱动凸轮通过旋转控制所述上夹爪和下夹爪的间距，所述上夹爪和下夹爪之间设置有复位机构，所述耦合夹爪用于从所述置物夹爪上下两侧夹取透镜。

其中，所述耦合台组件设置有两组耦合台偏移滑台，两组所述耦合台偏移滑台上架设有耦合台水平滑台，所述耦合台设置在所述耦合台水平滑台上。

其中，所述点胶固化组件设置有胶筒运动机构，所述胶筒运动机构设置在所述耦合台组件上方，所述胶筒运动机构设置有胶筒水平滑台和胶筒竖直气缸，所述胶筒通过胶筒安装件设置在所述胶筒竖直气缸的伸缩端，所述胶筒安装件与胶筒竖直气缸之间设置有压力传感器；

所述点胶固化组件设置有固化灯运动机构，所述固化灯运动机构设置有固化竖直运动气缸和固化水平运动气缸，所述固化灯通过固化灯安装件设置在所述固化水平运动气缸的下部。

其中，所述上电组件设置有探针安装件，所述探针通过所述探针安装件设置在所述固化灯安装件上。

其中，所述检测组件设置有潜望镜安装组件，所述潜望镜安装组件设置有潜望镜安装板，所述潜望镜安装板上设置有潜望镜竖直运动气缸，所述潜望镜通过一潜望镜连接板安装在所述潜望镜竖直运动气缸上，所述潜望镜通过所述潜望镜连接板设置在所述耦合台的激光器芯片附近；

所述检测组件设置有检测相机安装组件，所述检测相机安装组件设置有检测相机安装架，所述检测相机安装架上设置有检测相机手动调节平台，所述检测相机手动调节平台上设置有检测相机安装轨道，所述检测相机设置在所述检测相机安装轨道的一端。

其中，还包括视觉检测组件，所述视觉检测组件设置有转运竖直检测相机、转运水平检测相机和耦合竖直检测相机，所述转运竖直检测相机和转运水平检测相机用于检测透镜位于所述置物吸附件上的姿态，所述耦合竖直检测相机用于检测所述耦合组件夹取透镜后与所述耦合台上激光器芯片的相对位置。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明上述实施例所述的FAC自动耦合封装设备设置有料盘组件、转运组件、耦合台组件、耦合组件、点胶固化组件、上电组件、检测组件和视觉检测组件；FAC透镜预先存放在所述料盘组件的料盘当中，所述转运组件能够将透镜由料盘转运到中转臂上，转运到中转臂的FAC透镜会被耦合组件夹取并与耦合台组件上的激光器芯片耦合，同时所述上电组件会给激光器芯片加电使其发光，耦合过程中激光会通过FAC透镜照射至检测组件的潜望镜并传输到检测相机，通过检测相机对光斑位置判断耦合是否完成，耦合完成后所述点胶固化组件会对耦合处点胶并通过固化灯照射固化，令FAC透镜完成耦合封装。

附图说明

图1为本发明的FAC自动耦合封装设备的结构示意图；

图2为本发明的FAC自动耦合封装设备的料盘组件示意图；

图3为本发明的FAC自动耦合封装设备的料盘组件局部示意图；

图4为本发明的FAC自动耦合封装设备的转运组件示意图；

图5为本发明的FAC自动耦合封装设备的耦合组件示意图；

图6为本发明的FAC自动耦合封装设备的点胶固化组件示意图一；

图7为本发明的FAC自动耦合封装设备的点胶固话组件示意图二；

图8为本发明的FAC自动耦合封装设备的检测组件及耦合台组件示意图；

图9为本发明的FAC自动耦合封装设备的透镜耦合示意图。

【附图标记说明】

1-料盘组件；2-转运组件；3-耦合台组件；4-耦合组件；5-点胶固化组件；6-上电组件；7-检测组件；8-视觉检测组件；101-料盘；102-中转臂；103-透镜；104-料盘第一直线滑台；105-料盘第二直线滑台；106-料盘旋转台；107-置物夹爪；108-置物吸附件；201-转运竖直滑台；202-转运安装板；203-转运夹爪；301-耦合台；302-激光器芯片；303-耦合台偏移滑台；304-耦合台水平滑台；401-耦合夹爪；402-耦合竖直运动滑台；403-耦合运动安装板；404-耦合第一角位移台；405-耦合水平运动滑台；406-倾斜安装板；407-耦合第二角位移滑台；408-夹爪安装件；501-胶筒；502-固化灯；503-胶筒水平滑台；504-胶筒竖直气缸；505-胶筒安装件；506-压力传感器；507-固化竖直运动气缸；508-固化水平运动气缸；509-固化灯安装件；601-探针；602-探针安装件；701-检测相机；702-潜望镜；703-潜望镜安装板；704-潜望镜运动气缸；705-潜望镜连接板；706-检测相机安装架；707-检测相机手动调节平台；708-检测相机安装轨道；801-转运竖直检测相机；802-转运水平检测相机；803-耦合竖直检测相机。

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。

本发明针对现有FAC耦合过程中，人工耦合人员经验依赖大、耦合结果不稳定、人员具有安全风险以及部分FAC耦合设备上料及耦合需要复杂结构和工序影响生产成本和效率的问题，提供了一种FAC自动耦合封装设备。

如图1至图9所示，本发明的实施例提供了一种FAC自动耦合封装设备，包括：料盘组件1，所述料盘组件1设置有料盘101和中转臂102，所述料盘组件1驱动所述料盘101和中转臂102运动，所述料盘101内存放有透镜103；转运组件2，所述转运组件2架设在所述料盘组件1上方，所述转运组件2用于将料盘101内透镜转移至所述中转臂102上；耦合台组件3，所述耦合台组件3设置有耦合台301，所述耦合台301用于放置激光器，激光器内设置有多个激光器芯片302，所述耦合台组件3驱动所述耦合台301直线运动；耦合组件4，所述耦合组件4设置在耦合台组件3上方，所述耦合组件4夹取所述中转臂上102的透镜103与激光器芯片302耦合；点胶固化组件5，所述点胶固化组件5设置有胶筒501和固化灯502，所述胶筒501在激光器芯片302上点胶后，固化灯502对点胶处照射固化；上电组件6，所述上电组件6设置有探针601，所述探针601接触激光器芯片使其上电发射激光；检测组件7，所述检测组件7设置有检测相机701和潜望镜702，所述潜望镜702接收激光器芯片302发射的激光并通过检测相机701检测耦合位置是否达标。

本发明上述实施例所述的FAC自动耦合封装设备，FAC透镜103预先存放在料盘组件1的所述料盘101当中，所述转运组件2能够通过从上方夹取透镜103使其由所述料盘101转运到所述中转臂102上，转运到所述中转臂102的FAC透镜103会通过所述料盘组件1向前运动至所述耦合组件4的夹取上料区，所述耦合组件4夹取FAC透镜103后会与耦合台组件3上的激光器芯片302耦合，在耦合组件4夹取所述FAC透镜103与激光器芯片302耦合的同时所述料盘组件1会驱动所述料盘101复位，使得所述转运组件2能够夹取下一个透镜103至所述中转臂102，保证有一个透镜103在耦合的同时另一透镜103上料；在透镜103耦合前所述上电组件6会给激光器芯片302加电使其发射激光，所述检测组件7的潜望镜702会提与所述耦合台组件3配合运动到位，耦合过程中激光会通过FAC透镜103照射至所述检测组件7的潜望镜702并传输到检测相机701，通过检测相机701对光斑位置判断耦合是否完成，耦合完成后所述点胶固化组件5会对耦合处点胶并通过固化灯502照射固化，令FAC透镜103完成耦合封装。

如图2和图3所示，所述料盘组件1设置有料盘第一直线滑台104，所述料盘第一直线滑台104上设置有料盘第二直线滑台105，所述料盘第二直线滑台105上设置有料盘旋转台106，所述料盘101设置在所述料盘旋转台106上，所述中转臂102通过所述料盘第二直线滑台105设置在所述料盘101一侧。

其中，所述中转臂102的前端设置有置物夹爪107，所述置物夹爪107的末端顶面高度低于所述置物夹爪107的中部顶面高度，所述置物夹爪107的末端开设有置物弹性缝，所述置物弹性缝内夹设有置物吸附件108，所述置物吸附件108的高度可调。

如图4所示，所述转运组件2设置有转运竖直滑台201，所述转运竖直滑台201的底部通过转运安装板202设置有转运夹爪203，所述转运夹爪203用于从两侧夹取透镜103，将透镜103放置在所述置物吸附件108上。

本发明上述实施例所述的FAC自动耦合封装设备，所述料盘101通过一料盘吸附台109安装固定，所述料盘101与中转臂102能够通过所述料盘第一直线滑台104实现相对于所述耦合台组件3的水平方向位移；所述料盘第二直线滑台105能够驱动所述中转臂102与料盘101垂直于所述料盘第一直线滑台104方向位移，从而调整所述料盘101和中转臂102相对于所述转运夹爪203的位置；当所述料盘101运动至所述转运夹爪203下方时，所述转运夹爪203会通过转运竖直滑台201下降并夹取一个透镜103上升一定高度，所述料盘第一直线滑台104开始位移令所述中转臂102位于所述转运夹爪203的正下方，所述转运夹爪203会将夹取的透镜103放置在所述置物吸附件108上，所述置物吸附件108通有负压能够对透镜103实现牢固吸附。

如图5所示，所述耦合组件4设置有耦合运动平台和耦合夹爪401，所述耦合运动平台设置有耦合竖直运动滑台402，所述耦合竖直运动滑台402上设置有耦合运动安装板403，所述耦合运动安装板403的底部设置有耦合第一角位移台404，所述耦合第一角位移台404设置有耦合水平运动滑台405，所述耦合水平运动滑台405上设置有倾斜安装板406，所述倾斜安装板406上设置有耦合第二角位移台407，所述耦合夹爪401通过一夹爪安装件408设置在所述耦合第二角位移台407前端；所述耦合夹爪401设置有驱动凸轮，所述驱动凸轮由夹爪电机驱动旋转，所述耦合夹爪设置有上夹爪和下夹爪，所述驱动凸轮通过旋转控制所述上夹爪和下夹爪的间距，所述上夹爪和下夹爪之间设置有复位机构，所述耦合夹爪401用于从所述置物夹爪107处上下两侧夹取透镜103。

本发明上述实施例所述的FAC自动耦合封装设备，所述耦合夹爪401通过所述驱动凸轮驱动，所述耦合夹爪401能够通过所述耦合运动平台实现两轴旋转和三轴位移自由度，所述耦合夹爪401能够在所述中转臂102通过所述料盘第一直线滑台运动104至夹取上料区时对放置在所述置物夹爪107和置物吸附件108上的透镜103从上下两侧进行夹取并与激光器芯片302进行耦合。

如图6所示，所述点胶固化组件设置有胶筒运动机构，所述胶筒运动机构设置在所述耦合台组件3上方，所述胶筒运动机构设置有胶筒水平滑台503和胶筒竖直气缸504，所述胶筒501通过胶筒安装件505设置在所述胶筒竖直气缸504的伸缩端，所述胶筒安装件505与胶筒竖直气缸504之间设置有压力传感器506；

如图7所示，所述点胶固化组件设置有固化灯运动机构，所述固化灯运动机构设置有固化竖直运动气缸507和固化水平运动气缸508，所述固化灯502通过固化灯安装件509设置在所述固化水平运动气缸508的下部。

本发明上述实施例所述的FAC自动耦合封装设备，当透镜103耦合时所述胶筒运动机构会驱动胶筒501和探针601下移，其中探针601对激光器芯片302加电放光，所述胶筒501会通过所述胶筒竖直气缸504和胶筒水平滑台503运动至耦合处点胶，点胶时通过所述压力传感器509防止胶针对激光器芯片302造成损坏，点胶后所述固化灯502会通过所述固化竖直运动气缸507和固化水平运动气缸508运动至耦合处，使胶体固化完成透镜封装。

其中，所述上电组件6设置有探针安装件602，所述探针601通过所述探针安装件602设置在所述固化灯安装件509上。

如图8所示，所述耦合台组件3设置有两组耦合台偏移滑台303，两组所述耦合台偏移滑台303上架设有耦合台水平滑台304，所述耦合台301设置在所述耦合台水平滑台304上。

如图8和图9所示，所述检测组件7设置有潜望镜安装组件，所述潜望镜安装组件设置有潜望镜安装板703，所述潜望镜安装板703上设置有潜望镜竖直运动气缸704，所述潜望镜702通过一潜望镜连接板705安装在所述潜望镜竖直运动气缸704上，所述潜望镜702通过所述潜望镜连接板705设置在所述耦合台301的激光器芯片302附近；所述检测组件7设置有检测相机安装组件，所述检测相机安装组件设置有检测相机安装架706，所述检测相机安装架706上设置有检测相机手动调节平台707，所述检测相机手动调节平台707上设置有检测相机安装轨道708，所述检测相机701设置在所述检测相机安装轨道的一端。

本发明上述实施例所述的FAC自动耦合封装设备，所述探针601对所述激光器芯片302加电发射激光后，所述潜望镜702会提前运动到激光光束的光路上，所述潜望镜702由多个光学镜组成，所述潜望镜702能够将接收到的激光光束传输至所述检测相机701，所述检测相机701通过检测所述光束的光斑判断耦合是否成功。

如图1、2、4、6所示，还包括视觉检测组件8，所述视觉检测组件8设置有转运竖直检测相机801、转运水平检测相机802和耦合竖直检测相机803，所述转运竖直检测相机801和转运水平检测相机802用于检测透镜103位于所述置物吸附件108上的姿态，所述耦合竖直检测相机803用于检测所述耦合组件4夹取透镜103后与所述耦合台301上激光器芯片302的相对位置。

本发明上述实施例所述的FAC自动耦合封装设备，所述转运竖直检测相机801与所述转运夹爪203平行设置，所述转运水平检测相机802通过一转运检测相机安装板804安装在所述料盘101的一侧，所述耦合竖直检测相机803与所述胶筒501平行设置。

本发明上述实施例所述的FAC自动耦合封装设备，能够实现透镜的上料以及上料过程中的姿态转换，透镜耦合效率高，耦合精度稳定，能够有效提高生产效率，降低生产成本。

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

1.一种FAC自动耦合封装设备，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的FAC自动耦合封装设备，其特征在于，所述料盘组件设置有料盘第一直线滑台，所述料盘第一直线滑台上设置有料盘第二直线滑台，所述料盘第二直线滑台上设置有料盘旋转台，所述料盘设置在所述料盘旋转台上，所述中转臂通过所述料盘第二直线滑台设置在所述料盘一侧。

3.根据权利要求2所述的FAC自动耦合封装设备，其特征在于，所述中转臂的前端设置有置物夹爪，所述置物夹爪的末端顶面高度低于所述置物夹爪的中部顶面高度，所述置物夹爪的末端开设有置物弹性缝，所述置物弹性缝内夹设有置物吸附件，所述置物吸附件的高度可调。

4.根据权利要求3所述的FAC自动耦合封装设备，其特征在于，所述转运组件设置有转运竖直滑台，所述转运竖直滑台的底部通过转运安装板设置有转运夹爪，所述转运夹爪用于从两侧夹取透镜，将透镜放置在所述置物吸附件上。

5.根据权利要求4所述的FAC自动耦合封装设备，其特征在于，所述耦合组件设置有耦合运动平台和耦合夹爪，所述耦合运动平台设置有耦合竖直运动滑台，所述耦合竖直运动滑台上设置有耦合运动安装板，所述耦合运动安装板的底部设置有耦合第一角位移台，所述耦合第一角位移台设置有耦合水平运动滑台，所述耦合水平运动滑台上设置有倾斜安装板，所述倾斜安装板上设置有耦合第二角位移台，所述耦合夹爪通过一夹爪安装件设置在所述耦合第二角位移台前端；所述耦合夹爪设置有驱动凸轮，所述驱动凸轮由夹爪电机驱动旋转，所述耦合夹爪设置有上夹爪和下夹爪，所述驱动凸轮通过旋转控制所述上夹爪和下夹爪的间距，所述上夹爪和下夹爪之间设置有复位机构，所述耦合夹爪用于从所述置物夹爪上下两侧夹取透镜。

6.根据权利要求1所述的FAC自动耦合封装设备，其特征在于，所述耦合台组件设置有两组耦合台偏移滑台，两组所述耦合台偏移滑台上架设有耦合台水平滑台，所述耦合台设置在所述耦合台水平滑台上。

7.根据权利要求1所述的FAC自动耦合封装设备，其特征在于，所述点胶固化组件设置有胶筒运动机构，所述胶筒运动机构设置在所述耦合台组件上方，所述胶筒运动机构设置有胶筒水平滑台和胶筒竖直气缸，所述胶筒通过胶筒安装件设置在所述胶筒竖直气缸的伸缩端，所述胶筒安装件与胶筒竖直气缸之间设置有压力传感器；

8.根据权利要求7所述的FAC自动耦合封装设备，其特征在于，所述上电组件设置有探针安装件，所述探针通过所述探针安装件设置在所述固化灯安装件上。

9.根据权利要求6所述的FAC自动耦合封装设备，其特征在于，所述检测组件设置有潜望镜安装组件，所述潜望镜安装组件设置有潜望镜安装板，所述潜望镜安装板上设置有潜望镜竖直运动气缸，所述潜望镜通过一潜望镜连接板安装在所述潜望镜竖直运动气缸上，所述潜望镜通过所述潜望镜连接板设置在所述耦合台的激光器芯片附近；

10.根据权利要求1所述的FAC自动耦合封装设备，其特征在于，还包括视觉检测组件，所述视觉检测组件设置有转运竖直检测相机、转运水平检测相机和耦合竖直检测相机，所述转运竖直检测相机和转运水平检测相机用于检测透镜位于所述置物吸附件上的姿态，所述耦合竖直检测相机用于检测所述耦合组件夹取透镜后与所述耦合台上激光器芯片的相对位置。