CN113777724A - 准直式微透镜自动耦合封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体激光器技术领域，特别涉及一种准直式微透镜自动耦合封装方法，包括如下步骤：透镜按预设的姿态上料并定位；拾取透镜并移动至检测点；视觉检测确认透镜拾取定位的偏差；将透镜放置于中转位置；调整拾取姿态后对透镜二次拾取；将透镜移动至耦合位置完成耦合；对透镜点胶固化。本发明将透镜从料盘中拾取后通过视觉定位的方式确认拾取精度，若拾取精度不符合要求则将透镜放置于中转位置，调整拾取姿态后对透镜二次拾取，使透镜的相对位置被修正，确保透镜拾取定位的准确性，提升了透镜的耦合精度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体激光器技术领域，特别涉及一种准直式微透镜自动耦合封装方法。
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。由于这些优点，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微型的准直透镜(例如宽度尺寸为0.6mm的微型准直透镜)，为了保证输出功率，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。由于微型准直透镜的尺寸极小，其在料盘中的位置精度可能无法保证，因此对透镜的拾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准直式微透镜拾取、耦合精度的方案。
为了达到上述目的，本发明提供了一种准直式微透镜自动耦合封装方法，包括如下步骤：
S1、透镜按预设的姿态上料并定位；
S2、拾取透镜并移动至检测点；
S3、视觉检测确认透镜拾取定位的偏差；
S4、将透镜放置于中转位置；
S5、调整拾取姿态后对透镜二次拾取；
S6、将透镜移动至耦合位置完成耦合；
S7、对透镜点胶固化。
进一步地，S1中通过料盘将透镜上料，依靠料盘的料槽结构使透镜矩阵排列且姿态保持一致。
进一步地，S2中通过多自由度的透镜夹具拾取透镜。
进一步地，S3中采用视觉检测相机检测透镜相对于透镜夹具的位置。
进一步地，所述视觉检测相机至少设置三个，分别从X轴、Z轴和45度斜向下方向对所述检测点视觉监测，所述X轴和所述Z轴相互垂直且位于同一竖直面，所述透镜夹具的夹头与透镜形状相对应，所述视觉检测相机通过检测透镜相对于夹头的基准点偏差确认拾取定位精度。
进一步地，所述中转位置位于中转平台的上表面，透镜夹具将透镜放置于中转平台后，先向上抬升预设的距离，再微调修正姿态，最后向下移动预设的距离后二次拾取透镜。
进一步地，S6中通过光斑检测确认耦合精度，具体子步骤为：
S61、将透镜移动至耦合位置，依靠光斑检测相机在近点对透镜的准直光束进行光斑检测，确认近点检测的光斑坐标位置，然后与光束平行地移动至远点进行光斑检测，确认远点检测的光斑坐标位置；
S62、调整透镜位置进行耦合，使远点检测的光斑靠近并逐渐与近点检测的光斑位置重合；
S63、多次调整远点检测位置，确认变化的远点检测光斑与近点检测光斑的位置是否都保持重合，若不重合则重新耦合。
进一步地，S7中当透镜的耦合精度达标后，透镜夹具带动透镜抬升一段距离，点胶组件对耦合位置点胶，随后透镜夹具带动透镜返回至原位置并重新耦合，当耦合精度再次达标后确认点胶合格。
进一步地，在进行S6步骤时，点胶组件对试点胶位置进行试点胶，以确认胶液喷射正常。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
本发明提供的准直式微透镜自动耦合封装方法，将透镜从料盘中拾取后通过视觉定位的方式确认拾取精度，若拾取精度不符合要求则将透镜放置于中转位置，调整拾取姿态后对透镜二次拾取，使透镜的相对位置被修正，确保透镜拾取定位的准确性，提升了透镜的耦合精度；
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为本发明实施例2的整体结构示意图；
图2为本发明实施例2的透镜装料组件、透镜夹具组件以及点胶组件示意图；
图3为本发明实施例2的耦合检测组件示意图；
图4为本发明实施例2的光器件。
【附图标记说明】
100-透镜装料组件；101-料盘；102-中转平台；103-卡槽；200-透镜夹具组件；201-夹具连接座；202-夹具运动模组；203-透镜夹持部；300-器件夹持组件；400-耦合检测组件；401-耦合检测相机；402-耦合检测模组；500-点胶组件；501-试点胶平台；600-视觉检测组件；601-视觉检测相机；700-透镜；800-光器件。
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。
为了简单说明，该方法或规则作为一系列操作来描绘或描述，其目的既不是对实验操作进行穷举，也不是对实验操作的次序加以限制。例如，实验操作可以各种次序进行和/或同时进行，并包括其他再次没有描述的实验操作。此外，所述的步骤不都是在此描述的方法和算法所必备的。本领域技术人员可以认识和理解，这些方法和算法可通过状态图或项目表示为一系列不相关的状态。
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。
实施例1：
本发明的实施例1提供了一种准直式微透镜自动耦合封装方法，包括如下步骤：
S1、透镜按预设的姿态上料并定位；其中，通过料盘将透镜上料，依靠料盘的料槽结构使透镜矩阵排列且姿态保持一致，便于透镜夹具精准定位各个拾取点并拾取透镜。另外需要说明的是，本实施例中默认料盘中的透镜均不倾斜，即相对于水平轴不具备倾斜夹角。仅由于上料时透镜的摆放问题等具有位置偏差以及相对于竖直轴的偏角。因而后续步骤中也无需对透镜的倾角进行耦合。
S2、透镜夹具移动至料盘的各个拾取点拾取对应透镜并移动至检测点；其中，透镜夹具具有多个高精度的位移自由度，既能将透镜从料盘移动至耦合封装位置，也能在各个对应的位置微调，以调整拾取姿态或透镜耦合姿态。
S3、依靠视觉检测相机确认透镜拾取定位的偏差；本实施例中视觉检测相机设置三个，分别从X轴、Z轴和45度斜向下方向对检测点视觉监测。其中，X轴和Z轴相互垂直且位于同一竖直面，透镜夹具的夹头与透镜形状相对应，视觉检测相机通过检测透镜相对于夹头的基准点偏差来确认拾取定位精度，并作为后续透镜夹具微调的依据。
S4S5、将透镜放置于中转位置，调整拾取姿态后对透镜二次拾取；其中，中转位置位于中转平台的上表面，透镜夹具以及透镜在拾取点视觉检测并确认偏差后，透镜夹具将透镜放置于中转平台，然后透镜夹具向上抬升预设的距离，使夹头具备微调空间，再微调修正姿态，最后向下移动同样的距离后二次拾取透镜，使透镜相对应夹头的位置被修正。
S6、将透镜移动至耦合位置完成耦合；本实施例中采用光斑检测的方式确认耦合精度，具体如下：
将透镜移动至耦合位置，依靠光斑检测相机在近点对透镜的准直光束进行光斑检测，记录确认近点检测的光斑坐标位置；然后，将光斑检测相机移动至远点，记录远点检测的光斑坐标位置并与近点检测的进行比较，当其坐标误差在预设范围内时表明透镜的耦合位置达标。而当坐标误差大于预设值时，表明透镜的位置有偏差，需要进行调整。在调整透镜的过程中远点检测的光斑坐标位置会发生改变，当其与近点检测的重合且重合度满足预设要求时，表明透镜的耦合位置达标。此时再次将光斑检测相机进行移动，在不同位置进行多次远点检测，检查光斑坐标位置是否均与近点检测的重合，以进一步验证透镜耦合精度。若变化的远点检测无法保持光斑重合，或初始远点检测的光斑无法与近点检测的重合，则需重新对透镜进行耦合，或更换透镜等。
另外还可在近点通过积分球检测光功率，作为补充方式进一步确认耦合精度。
S7、依靠点胶组件对透镜点胶、固化组件对透镜固化；其中，在透镜的耦合精度达标后，透镜夹具带动透镜抬升一段距离，点胶组件对耦合位置点胶，随后透镜夹具带动透镜返回至原位置并重新耦合，当耦合精度再次达标后确认点胶合格，避免点胶后胶液对透镜造成影响，降低了耦合精度和封装质量。
由于透镜为微透镜，其点胶量很少，为较好地控制胶液的喷射量，本实施例中在进行S6步骤时，点胶组件对试点胶位置进行试点胶，以确认胶液喷射、包括流速等正常，避免正式点胶时喷射不足或过量，从而提升了点胶质量。
实施例2：
请参阅图1-图4，本发明的实施例2提供了一种与实施例1的方法对应的准直式微透镜自动耦合封装装置，包括透镜装料组件100、透镜夹具组件200、器件夹持组件300、耦合检测组件400、点胶组件500以及视觉检测组件600。其中，透镜装料组件100包括料盘101和设置在料盘101一侧的中转平台102，料盘101中装有待耦合封装的透镜700，中转平台102用于暂时放置待耦合的透镜700，其上表面为中转位置，器件夹持组件300对需封装的光器件800夹持定位，透镜夹具组件200将料盘101中的透镜600拾取并移动至检测点，依靠视觉检测组件600确认拾取精度。若拾取精度不符合要求，透镜夹具组件200将拾取的透镜放置于中转平台102，再微调拾取姿态后重新将中转平台102上的透镜700拾取并移动至光器件800的耦合位置完成耦合，点胶组件500对耦合后的透镜700点胶，再依靠固化设备将透镜700固化，视觉检测组件600对透镜700的整个耦合封装过程视觉检测。
在本实施例中，料盘101内形成有多个卡槽103，每个卡槽103内放置数个透镜700，卡槽103的槽底与透镜700的下表面接触，确保透镜700不会产生倾斜。中转平台102设置为柱状，与料盘101的前侧连接，且高于料盘101的上表面。透镜700拾取不准时被透镜夹具组件200暂放于中转平台102的上表面，然后进行二次拾取。
在本实施例中，透镜夹具组件200包括夹具连接座201，夹具连接座201与夹具运动模组202连接，具有多个自由度且均可精密微调。夹具连接座201上连接有夹持透镜700的透镜夹持部203。夹具运动模组202不仅控制透镜夹持部203将透镜700从透镜装料组件100搬运至器件夹持组件300，同时控制透镜夹持部203在耦合位置的耦合动作，依靠各个自由度的微调，使透镜700与光器件800耦合且耦合精度满足要求。
在本实施例中，耦合检测组件400包括耦合检测相机401，耦合检测相机401的镜头对准光器件800的出光口，耦合检测相机401与耦合检测模组402连接，耦合检测模组402与光器件800的出射光平行设置，确保耦合检测相机401移动至任意位置时镜头仍对准光器件800的出光口。通过调整耦合检测相机401与光器件800的间距，使得耦合检测相机401在近点和远点分别检测光斑位置，确认透镜700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401检测精度和可靠性更高。
由于透镜700的点胶量较少，为避免点胶组件500的阻塞而导致胶液不均匀喷出等现象，本实施例中还设置试点胶平台501，试点胶平台501位于料盘101的一侧且与料盘101连接，试点胶平台501为点胶组件500的试点胶位置。当透镜夹持部203位于光器件800的正上方时，点胶组件500正好位于试点胶平台501的正上方，在透镜700耦合过程中点胶组件500完成试点胶，确认胶液喷射正常、均匀，避免后续对透镜700正式点胶时喷射不足或过量，因而提升了点胶质量。
视觉检测组件600包括三个视觉检测相机601，分别为水平分布、竖直分布以及45度斜向下分布，能对料盘101、检测点、中转平台102、光器件800位置、试点胶平台501等进行视觉检测，定位透镜700的拾取位置、确认拾取精度以及监控耦合、胶液喷射过程，使透镜700的整个耦合封装过程均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)
1.一种准直式微透镜自动耦合封装方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、透镜按预设的姿态上料并定位；
S2、拾取透镜并移动至检测点；
S3、视觉检测确认透镜拾取定位的偏差；
S4、将透镜放置于中转位置；
S5、调整拾取姿态后对透镜二次拾取；
S6、将透镜移动至耦合位置完成耦合；
S7、对透镜点胶固化。
2.根据权利要求1所述的准直式微透镜自动耦合封装方法，其特征在于，S1中通过料盘将透镜上料，依靠料盘的料槽结构使透镜矩阵排列且姿态保持一致。
3.根据权利要求1所述的准直式微透镜自动耦合封装方法，其特征在于，S2中通过多自由度的透镜夹具拾取透镜。
4.根据权利要求3所述的准直式微透镜自动耦合封装方法，其特征在于，S3中采用视觉检测相机检测透镜相对于透镜夹具的位置。
5.根据权利要求4所述的准直式微透镜自动耦合封装方法，其特征在于，所述视觉检测相机至少设置三个，分别从X轴、Z轴和45度斜向下方向对所述检测点视觉监测，所述X轴和所述Z轴相互垂直且位于同一竖直面，所述透镜夹具的夹头与透镜形状相对应，所述视觉检测相机通过检测透镜相对于夹头的基准点偏差确认拾取定位精度。
6.根据权利要求5所述的准直式微透镜自动耦合封装方法，其特征在于，所述中转位置位于中转平台的上表面，透镜夹具将透镜放置于中转平台后，先向上抬升预设的距离，再微调修正姿态，最后向下移动预设的距离后二次拾取透镜。
7.根据权利要求6所述的准直式微透镜自动耦合封装方法，其特征在于，S6中通过光斑检测确认耦合精度，具体子步骤为：
S61、将透镜移动至耦合位置，依靠光斑检测相机在近点对透镜的准直光束进行光斑检测，确认近点检测的光斑坐标位置，然后与光束平行地移动至远点进行光斑检测，确认远点检测的光斑坐标位置；
S62、调整透镜位置进行耦合，使远点检测的光斑靠近并逐渐与近点检测的光斑位置重合；
S63、多次调整远点检测位置，确认变化的远点检测光斑与近点检测光斑的位置是否都保持重合，若不重合则重新耦合。
8.根据权利要求1所述的准直式微透镜自动耦合封装方法，其特征在于，S7中当透镜的耦合精度达标后，透镜夹具带动透镜抬升一段距离，点胶组件对耦合位置点胶，随后透镜夹具带动透镜返回至原位置并重新耦合，当耦合精度再次达标后确认点胶合格。
9.根据权利要求8所述的准直式微透镜自动耦合封装方法，其特征在于，在进行S6步骤时，点胶组件对试点胶位置进行试点胶，以确认胶液喷射正常。
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