CN113764976B - 一种半导体激光泵浦源光学镜片装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体激光泵浦源光学镜片装配方法，其包括利用机械手吸附镜片按照设定间距逐步下降，并实时反馈压力值大小，利用压力差找底，当镜片触底后，再反向上抬镜片，缩小上升节距，实时反馈压力值大小，利用压力差找到镜片与装配面刚刚接触的高度位置；上抬设定高度，利用XYZ轴旋转驱动机构，配合功率大小检测，使得镜片旋转至最佳角度位置；找光完成后，点胶，再将镜片移动至最佳角度位置，再次检测功率大小；OK后再进行胶水固化，固化完成后，最后再进行功率大小检测判定，完成装配。本发明能够精准的调节光学镜片的角度使其保障激光泵浦盒发出的光束位置以及功率达到设定要求，提高镜片装配精度与光学系统的可靠性。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种半导体激光泵浦源光学镜片装配方法。
【背景技术】
随着社会经济的快速发展，各行业对产品品质的要求越来越高，同时人力成本增加与生产品质管控也成为了许多企业面临的重要问题；目前光学行业主要还是以人工组装为主，生产效率低，且难以形成良好的品质管控。
激光器是一种能发射激光的装置。按工作介质，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器四大类。半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件。其工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带(导带与价带)之间，或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种，即电注入式、光泵式和高能电子束激励式。在半导体激光器的生产过程中，需要在设定的位置按照设计的光学系统设置光学镜片，光学镜片的组装精度要求极高，且这些镜片具有微小型、受力易变形的特征，在组装上存在较大的困难。现有技术中的镜片组装效率极低，且组装精度难以达到设计要求，良率低。
因此，有必要开发一种半导体激光泵浦源光学镜片装配方法来解决上述问题。
【发明内容】
本发明的主要目的在于提供一种半导体激光泵浦源光学镜片装配方法，能够精准的调节光学镜片的角度使其保障激光泵浦盒发出的光束位置以及功率达到设定要求，提高镜片装配精度与光学系统的可靠性。
本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种半导体激光泵浦源光学镜片装配方法，其包括以下步骤：
S1)机械手吸取镜片触底：
S11)利用机械手移动镜片至装配位置上方一设定高度位置H1；
S12)按照设定的间距h0逐步向下移动镜片，每走一次，利用机械手上的压力传感器读一次压力值；
S13)计算当前压力值与上一次压力值的差值ΔPA；
S14)判断ΔPA是否大于设定值，若大于，则认为镜片底部已经接触到安装表面，继续下一步；否则，继续重复步骤S12)～步骤S14)；
S15)按照设定的间距h1逐步向上移动镜片，每走一次，利用机械手上的压力传感器读一次压力值；
S16)计算上一次压力值与当前压力值的差值ΔPB；
S17)判断ΔPB是否小于设定值，若小于，则保持镜片在该高度位置，并继续下一步；否则，继续重复步骤S15)～步骤S17)；
S2)镜片上抬设定高度；
S3)点胶前初找光：设置一多轴调节机构，所述多轴调节机构包括实现Ux角度调整的旋转轴Ux、实现Uy角度调整的旋转轴Uy、实现Uz角度调整的旋转轴Uz；所述机械手设置在所述多轴调节机构的活动末端；
S31)对激光泵浦源中的芯片进行上电，上电电流为I1，利用光束功率检测仪检测激光泵浦源输出光束的功率；
S32)利用旋转轴Ux调节镜片按照设定角度沿设定方向依次旋转扫描，扫描范围为θ1，扫描精度为ω1，且每旋转一个设定角度，记录一次输出光束功率为Qx；
S33)取Qx中的最大值为Qxmax，判断Qxmax是否大于设定值，若大于，则让镜片保持在Qxmax对应的角度位置，继续下一步，否则，扩大扫描范围并重复扫描判断功率大小，若获取的最大功率还是小于设定值，则判定该镜片不合格，结束找光；
S34)利用旋转轴Uy调节镜片旋转设定角度，扫描范围为θ2，扫描精度为ω2，且每旋转一个设定角度，则记录一次输出光束功率为Qy；
S35)取Qy中的最大值为Qymax，判断Qymax是否大于设定值，若大于，则让镜片保持在Qymax对应的角度位置，继续下一步，否则，扩大扫描范围并重复扫描判断功率大小，若获取的最大功率还是小于设定值，则判定该镜片不合格，结束找光；
S36)利用旋转轴Uz调节镜片旋转设定角度，扫描范围为θ3，扫描精度为ω3，且每旋转一个设定角度，则记录一次输出光束功率为Qz；
S37)取Qz中的最大值为Qzmax，判断Qzmax是否大于设定值，若大于，则让镜片保持在Qymax对应的角度位置，继续下一步，否则，扩大扫描范围并重复扫描判断功率大小，若获取的最大功率还是小于设定值，则判定该镜片不合格，结束找光；
S4)点胶前精找光：加大上电电流至I2，并缩小扫描范围θ4，提高扫描精度为ω4，然后重复步骤S31)～S37)，直到获取的三个功率值判定大于设定值，并得到对应的最佳位置；
S5)功率值判定OK后点胶：镜片移动进行让位，点胶机构在设定位置点胶；
S6)点胶后，将镜片放在步骤S4)所得到的最佳位置，并判断激光泵浦盒发出光束的功率是否超过设定值，若超过，则进行下一步，否则，按步骤S4)重新精找光；
S6)功率值判定OK后固化灯开始固化胶水；
S7)胶水固化后，判断激光泵浦盒发出光束的功率是否超过设定值，若超过，则镜片装配完成，否则，判定为NG。
进一步的，所述机械手上设置有吸嘴、实时监测并反馈该吸嘴在上下方向上所受压力大小的压力传感器。
进一步的，所述h 1＝0.5h0。
进一步的，I2大于I1；θ4小于θ1、θ2、θ3；ω4小于ω1、ω2、ω3。
与现有技术相比，本发明一种半导体激光泵浦源光学镜片装配方法的有益效果在于：利用机械手吸附镜片按照设定间距逐步下降，并实时反馈压力值大小，利用压力差找底，当镜片触底后，再反向上抬镜片，缩小上升节距，实时反馈压力值大小，利用压力差找到镜片与装配面刚刚接触的高度位置；上抬设定高度，利用XYZ轴旋转驱动机构，配合功率大小检测，使得镜片旋转至最佳角度位置；找光完成后，点胶，再将镜片移动至最佳角度位置，再次检测功率大小；OK后再进行胶水固化，固化完成后，最后再进行功率大小检测判定，完成装配；通过设置多个轴向的旋转轴带动光学镜片按照分级扫描，精准的找到最佳位置，保障镜片组装精度，保障了激光泵浦源内光学系统的稳定性、精准性以及可靠性。
【附图说明】
图1为本发明实施例中点胶前找光的方法流程图。
【具体实施方式】
实施例一：
请参照图1，本实施例为一种半导体激光泵浦源光学镜片装配方法，其包括以下步骤：
S1)机械手吸取镜片触底：提供一机械手，所述机械手上设置有吸嘴、实时监测并反馈该吸嘴在上下方向上所受压力大小的压力传感器；
S11)移动镜片至装配位置上方一设定高度位置H1；
S12)按照设定的间距h0逐步向下移动镜片，例如每次向下走0.01mm，每走一次，利用机械手上的压力传感器读一次压力值；
S13)计算当前压力值与上一次压力值的差值ΔPA；
S14)判断ΔPA是否大于设定值，若大于，则认为镜片底部已经接触到安装表面，继续下一步；否则，继续重复步骤S12)～步骤S14)；
S15)按照设定的间距h1逐步向上移动镜片，h1小于h0，例如每次上抬0.005mm，每走一次，利用机械手上的压力传感器读一次压力值；优选的h1＝0.5h0；
S16)计算上一次压力值与当前压力值的差值ΔPB；
S17)判断ΔPB是否小于设定值，若小于，则认为镜片底部刚刚脱离安装表面，即镜片底部与安装表面刚刚接触，记录当前高度位置为H2，继续下一步；否则，继续重复步骤S15)～步骤S17)；
S2)镜片上抬设定高度：例如上抬0.3mm；将镜片上抬设定高度具有以下作用：A)由于找光过程中需要将镜片进行各个角度的旋转调整，为了保障旋转调整过程中镜片的中心保持不变，避免镜片底部与安装表面发生干涉而影响镜片中心的变化，且为镜片在各个方向上的调整提供足够的调整空间，因此，将镜片上抬一定高度；B)镜片在组装时，在装配表面上还需要涂胶，因此，通过上抬设定高度后，还可以预留出涂胶空间，方便涂胶操作，提高装配效率；
S3)点胶前初找光：设置一多轴调节机构，所述多轴调节机构包括实现Ux角度调整的旋转轴Ux、实现Uy角度调整的旋转轴Uy、实现Uz角度调整的旋转轴Uz；上述机械手设置在所述多轴调节机构的活动末端；
S31)对激光泵浦源中的芯片进行上电，此时，激光泵浦源对应的镜片端输出有光束，光束经过位于步骤S2)上抬设定高度位置处的待装配镜片，利用光束功率检测仪(如积分球)检测所述光束的功率；这里初始上电电流I1控制为2A；也可以设置为其他值如2.5A、3A、4A等；
S32)利用旋转轴Ux调节镜片按照设定角度沿设定方向依次旋转扫描，初始扫描范围设定为θ1，扫描精度为ω1，如旋转扫描范围为0.5度，每次旋转0.01度，且每旋转一个设定角度，记录一次输出光束功率为Qx；
S33)取Qx中的最大值为Qxmax；判断Qxmax是否大于设定值，若大于，则让镜片保持在Qxmax对应的角度位置，继续下一步，否则，扩大扫描范围并重复扫描判断功率大小，若获取的最大功率还是小于设定值，则判定该镜片不合格，结束找光；
S34)利用旋转轴Uy调节镜片旋转设定角度，初始扫描范围设定为θ2，扫描精度为ω2，如旋转扫描范围为0.5度，每次旋转0.01度，每旋转一个设定角度，则记录一次输出光束功率为Qy；
S35)取Qy中的最大值为Qymax；判断Qymax是否大于设定值，若大于，则让镜片保持在Qymax对应的角度位置，继续下一步，否则，扩大扫描范围并重复扫描判断功率大小，若获取的最大功率还是小于设定值，则判定该镜片不合格，结束找光；
S36)利用旋转轴Uz调节镜片旋转设定角度，初始扫描范围设定为θ3，扫描精度为ω3，如旋转扫描范围为0.5度，每次旋转0.01度，每旋转一个设定角度，则记录一次输出光束功率为Qz；
S37)取Qz中的最大值为Qzmax；判断Qzmax是否大于设定值，若大于，则让镜片保持在Qymax对应的角度位置，继续下一步，否则，扩大扫描范围并重复扫描判断功率大小，若获取的最大功率还是小于设定值，则判定该镜片不合格，结束找光；
S4)点胶前精找光，加大上电电流至I2，如10A或20A，缩小扫描范围，如0.05度，提高扫描精度，如扫描精度为0.001度，然后重复步骤S31)～S37)，直到获取的三个功率值判定大于设定值，并得到对应的最佳位置；
S5)功率值判定OK后点胶：镜片移动进行让位，自动点胶机构在设定位置点胶；
S6)点胶后，将镜片放在步骤S4)所得到的最佳位置，并判断激光泵浦盒发出光束的功率是否超过设定值，若超过，则进行下一步，否则，按步骤S4)重新精找光；
S6)功率值判定OK后固化灯开始固化胶水，根据胶水特性，固化过程按照能量阶梯进行固化，如固化灯能量达到30％、固化时间10s；能量打到50％、固化时间10s；能量达到80％、固化时间30s；能量达到100％、固化时间30s；
S7)胶水固化后，判断激光泵浦盒发出光束的功率是否超过设定值，若超过，则镜片装配完成，否则，判定为NG。
本实施例一种半导体激光泵浦源光学镜片装配方法，利用机械手吸附镜片按照设定间距逐步下降，并实时反馈压力值大小，利用压力差找底，当镜片触底后，再反向上抬镜片，缩小上升节距，实时反馈压力值大小，利用压力差找到镜片与装配面刚刚接触的高度位置；上抬设定高度，利用XYZ轴旋转驱动机构，配合功率大小检测，使得镜片旋转至最佳角度位置；找光完成后，点胶，再将镜片移动至最佳角度位置，再次检测功率大小；OK后再进行胶水固化，固化完成后，最后再进行功率大小检测判定，完成装配；通过设置多个轴向的旋转轴带动光学镜片按照分级扫描，精准的找到最佳位置，保障镜片组装精度，保障了激光泵浦源内光学系统的稳定性、精准性以及可靠性。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种半导体激光泵浦源光学镜片装配方法，其特征在于：其包括以下步骤：
S1)机械手吸取镜片触底：
S11)利用机械手移动镜片至装配位置上方一设定高度位置H1；
S12)按照设定的间距h0逐步向下移动镜片，每走一次，利用机械手上的压力传感器读一次压力值；
S13)计算当前压力值与上一次压力值的差值ΔPA；
S14)判断ΔPA是否大于设定值，若大于，则认为镜片底部已经接触到安装表面，继续下一步；否则，继续重复步骤S12)～步骤S14)；
S15)按照设定的间距h1逐步向上移动镜片，每走一次，利用机械手上的压力传感器读一次压力值；
S16)计算上一次压力值与当前压力值的差值ΔPB；
S17)判断ΔPB是否小于设定值，若小于，则保持镜片在该高度位置，并继续下一步；否则，继续重复步骤S15)～步骤S17)；
S2)镜片上抬设定高度；
S3)点胶前初找光：设置一多轴调节机构，所述多轴调节机构包括实现Ux角度调整的旋转轴Ux、实现Uy角度调整的旋转轴Uy、实现Uz角度调整的旋转轴Uz；所述机械手设置在所述多轴调节机构的活动末端；
S31)对激光泵浦源中的芯片进行上电，上电电流为I1，利用光束功率检测仪检测激光泵浦源输出光束的功率；
S32)利用旋转轴Ux调节镜片按照设定角度沿设定方向依次旋转扫描，扫描范围为θ1，扫描精度为ω1，且每旋转一个设定角度，记录一次输出光束功率为Qx；
S33)取Qx中的最大值为Qxmax，判断Qxmax是否大于设定值，若大于，则让镜片保持在Qxmax对应的角度位置，继续下一步，否则，扩大扫描范围并重复扫描判断功率大小，若获取的最大功率还是小于设定值，则判定该镜片不合格，结束找光；
S34)利用旋转轴Uy调节镜片旋转设定角度，扫描范围为θ2，扫描精度为ω2，且每旋转一个设定角度，则记录一次输出光束功率为Qy；
S35)取Qy中的最大值为Qymax，判断Qymax是否大于设定值，若大于，则让镜片保持在Qymax对应的角度位置，继续下一步，否则，扩大扫描范围并重复扫描判断功率大小，若获取的最大功率还是小于设定值，则判定该镜片不合格，结束找光；
S36)利用旋转轴Uz调节镜片旋转设定角度，扫描范围为θ3，扫描精度为ω3，且每旋转一个设定角度，则记录一次输出光束功率为Qz；
S37)取Qz中的最大值为Qzmax，判断Qzmax是否大于设定值，若大于，则让镜片保持在Qymax对应的角度位置，继续下一步，否则，扩大扫描范围，按照步骤36)的原理重复扫描，并判断功率大小，若获取的最大功率还是小于设定值，则判定该镜片不合格，结束找光；
S4)点胶前精找光：加大上电电流至I2，并缩小扫描范围为θ4，提高扫描精度为ω4，然后重复步骤S31)～S37)，直到获取的三个功率值判定大于设定值，并得到对应的最佳位置；
S5)功率值判定OK后点胶：镜片移动进行让位，点胶机构在设定位置点胶；
S6)点胶后，将镜片放在步骤S4)所得到的最佳位置，并判断激光泵浦盒发出光束的功率是否超过设定值，若超过，则进行下一步，否则，按步骤S4)重新精找光；
S6)功率值判定OK后固化灯开始固化胶水；
S7)胶水固化后，判断激光泵浦盒发出光束的功率是否超过设定值，若超过，则镜片装配完成，否则，判定为NG。
2.如权利要求1所述的半导体激光泵浦源光学镜片装配方法，其特征在于：所述机械手上设置有吸嘴、实时监测并反馈该吸嘴在上下方向上所受压力大小的压力传感器。
3.如权利要求1所述的半导体激光泵浦源光学镜片装配方法，其特征在于：所述h1小于h0。
4.如权利要求3所述的半导体激光泵浦源光学镜片装配方法，其特征在于：所述h1＝0.5h0。
5.如权利要求1所述的半导体激光泵浦源光学镜片装配方法，其特征在于：I2大于I1；θ4小于θ1、θ2、θ3；ω4小于ω1、ω2、ω3。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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