CN113786969B - 准直透镜自动耦合封装方法 - Google Patents

Abstract

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方法，包括如下步骤：将透镜拾取并移动至检测点；通过反射作用从X方向、Y方向和Z方向对检测点视觉检测，确认透镜拾取定位的偏差；修正透镜的拾取定位偏差；将透镜移动至耦合位置完成耦合；对透镜点胶固化。本发明将透镜拾取后依靠视觉定位的方式确认拾取精度，通过反射作用从多个方向确认透镜相对于夹头的基准点偏差，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，提升了透镜的耦合封装精度。

Description

准直透镜自动耦合封装方法

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，因而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透镜自动耦合封装方法，具体包括如下步骤：

S1、将透镜拾取并移动至检测点；

S2、通过反射作用从X方向、Y方向和Z方向对检测点视觉检测，确认透镜拾取定位的偏差；

S3、修正透镜的拾取定位偏差；

S4、将透镜移动至耦合位置完成耦合；

S5、对透镜点胶固化。

进一步地，S1中通过多自由度的透镜夹具拾取透镜。

进一步地，S2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，所述视觉检测相机设置一个，从X方向直接对检测点视觉检测，所述视觉检测相机的对侧设置有反射系统，所述检测点位于所述反射系统以及所述视觉检测相机之间且共线，能切换反射镜面使所述视觉检测相机从Y方向对检测点视觉检测、以及从Z方向对检测点视觉检测。

进一步地，步骤S3包括如下子步骤：

S31、透镜夹具将透镜放置于中转位置；

S32、透镜夹具向上抬升预设的距离，基于视觉检测偏差微调修正姿态；

S33、透镜夹具向下移动预设的距离，对透镜二次拾取。

进一步地，S4中通过光斑检测确认耦合精度，具体子步骤为：

S41、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，并调整透镜倾斜角度直至光斑为圆形，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；

S42、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；

S43、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，S5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，随后夹具组件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。

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方法，将透镜拾取后依靠视觉定位的方式确认拾取精度，通过反射作用从多个方向确认透镜相对于夹头的基准点偏差，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，提升了透镜的耦合封装精度；

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的透镜装料组件示意图；

图3为本发明实施例2的透镜夹具组件示意图；

图4为本发明实施例2的光器件结构示意图。

【附图标记说明】

100-光器件；101-透镜；102-发光单元；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-夹头；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；400-器件夹持组件；500-耦合检测组件；501-耦合检测模组；502-耦合检测相机；600-点胶组件；601-点胶位移模组；602-点胶头；700-视觉检测组件；701-第一视觉检测相机；702-第二视觉检测相机。

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。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提供了一种准直透镜自动耦合封装方法，具体包括如下步骤：

S1、透镜按预设的姿态上料至料盘中定位后，透镜夹具移动至料盘的拾取点拾取透镜，再移动至检测点。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。由于耦合精度要求高，因此料盘中透镜的摆放位置是具有一定偏差的，可能会造成拾取定位的偏差而降低耦合精度，因此透镜夹具及透镜移动至检测点确认拾取定位精度。

S2、从X方向、Y方向和Z方向对检测点视觉检测，采用视觉检测相机检测透镜相对于透镜夹具的位置，确认透镜拾取定位的偏差。其中，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确认拾取定位精度。

在本实施例中，对准检测点的视觉检测相机仅设置一个，能从X方向直接对检测点视觉检测。同时，视觉检测相机的对侧设置有反射系统，检测点位于反射系统以及视觉检测相机之间且共线，通过反射系统使视觉检测相机能从其它方向对检测点检测。具体地，反射系统通过切换不同角度的镜面与视觉检测相机对准，使视觉检测相机能同时从Y方向对检测点视觉检测、或同时从Z方向对检测点视觉检测。

此检测方式使单个镜头就能检测透镜各个表面相对于透镜夹具的夹头位置关系，从而确认透镜的耦合精度，简化了镜头的布置及检测控制，提升了透镜夹具拾取透镜的精度。

S3、修正透镜的拾取定位偏差。具体地，设置有中转位置，当视觉检测相机检测到透镜的拾取定位精度不合格时，透镜夹具将透镜先放置于中转位置，然后透镜夹具向上移动预设的距离，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，确保后续耦合过程中透镜与夹头的相对位置准确。

S4、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，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，并调整透镜倾斜角度直至光斑为圆形，表明透镜的倾角耦合达标，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。

S5、对透镜点胶固化。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，随后夹具组件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。

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的方法对应的准直透镜自动耦合封装装置，将透镜101与光器件100内的发光单元102一一耦合并封装，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、耦合检测组件500、点胶组件600和视觉检测组件700。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200拾取装料台301上的透镜101并移动至检测点，由视觉检测组件700以及反射检测系统302检测确认拾取定位精度后，移动至光器件100的耦合位置完成耦合。点胶组件600对耦合后的透镜101点胶，最后依靠固化设备完成固化封装，视觉检测组件700对透镜101的整个耦合封装过程视觉检测，使整个耦合封装过程均在视觉检测相机的反馈控制下完成。

其中，反射检测系统302包括两个反射镜面，通过反射镜面的设置，使视觉检测组件700的单个镜头就能检测透镜101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101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101的精度。

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101位于镜头与第一反射镜面304之间时，在反射作用下镜头相当于同时从Z方向对检测点视觉检测；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101位于镜头与第二反射镜面305之间时，在反射作用下镜头相当于同时从Y方向对检测点视觉检测。若检测到透镜101相对于夹头的位置不准时，透镜夹具组件200将透镜101放置于中转位置，移开调整自由度后再二次拾取，确保拾取定位的准确性。

其中，装料台301上连接有料盘7和调整块308，透镜101上料至料盘307内，调整块308则作为中转位置，以暂放透镜夹具组件200需二次拾取的透镜101。当透镜夹具组件200拾取料盘307中的透镜101、并通过反射检测系统302检测出拾取定位偏差而需要调整时，透镜夹具组件200带动透镜101移动至调整块308的上表面并将透镜101放下，再向上位移一段距离并微调各个自由度后重新返回，对透镜101二次拾取，使透镜101相对于透镜夹具组件200的位置准确。

在本实施例中，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的末端连接有夹头204。因此，夹头204具有全部六个自由度，不仅通过各个自由度实现将透镜101从透镜装料组件300搬运至器件夹持组件400，同时控制夹头204在拾取位置以及耦合位置的微调动作，使透镜101的定位、与光器件100的耦合精度满足要求。

本实施例中透镜101与光器件100的耦合精度依靠耦合检测组件500光斑检测完成，耦合检测组件500包括耦合检测模组501以及与耦合检测模组501连接的耦合检测相机502，耦合检测相机502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502的镜头。其中，耦合检测模组501与光路系统最终的出射光束平行设置，确保耦合检测相机502移动至任意位置时镜头仍对准最终的出射光束。通过耦合检测模组501调整耦合检测相机502的位置，使得耦合检测相机502在近点和远点分别检测光斑形状以及位置，确认透镜101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502检测精度和可靠性更高。

点胶组件600包括点胶位移模组601，点胶位移模组601与夹具安装座201连接，且点胶位移模组601上设置有点胶头602，点胶头602能随夹具安装座201进行三轴平移，当夹头204完成透镜101耦合后，点胶组件600随夹具安装座201位移，使点胶头602对准透镜101的耦合位置，点胶位移模组601驱动点胶头602下移对透镜101的点胶位置点胶。

视觉检测组件700包括第一视觉检测相机701和第二视觉检测相机702。其中，第一视觉检测相机701与夹具安装座201连接，对夹头204以及点胶头602进行视觉检测，第二视觉检测相机702固定设置并对准反射检测系统302，通过单个第二视觉检测相机702确认透镜101取料时的定位精度。

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 (4)

1.一种准直透镜自动耦合封装方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将透镜拾取并移动至检测点；

S2、通过反射作用从X方向、Y方向和Z方向对检测点视觉检测，确认透镜拾取定位的偏差；采用视觉检测相机检测透镜相对于透镜夹具的位置；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；所述视觉检测相机从X方向直接对检测点视觉检测，所述视觉检测相机的对侧设置有反射系统，所述检测点位于所述反射系统以及所述视觉检测相机之间且共线，能切换反射镜面使所述视觉检测相机从Y方向对检测点视觉检测、以及从Z方向对检测点视觉检测；

S3、修正透镜的拾取定位偏差；具体包括如下子步骤：

S31、透镜夹具将透镜放置于中转位置；

S32、透镜夹具向上抬升预设的距离，基于视觉检测偏差微调修正姿态；

S33、透镜夹具向下移动预设的距离，对透镜二次拾取；

S4、将透镜移动至耦合位置完成耦合；

具体包括如下子步骤：

S41、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，并调整透镜倾斜角度直至光斑为圆形，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；

S42、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；

S43、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；

S5、对透镜点胶固化。

2.根据权利要求1所述的准直透镜自动耦合封装方法，其特征在于，S1中通过多自由度的透镜夹具拾取透镜。

3.根据权利要求1所述的准直透镜自动耦合封装方法，其特征在于，所述视觉检测相机设置一个。

4.根据权利要求1所述的准直透镜自动耦合封装方法，其特征在于，S5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，随后夹具组件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。

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