CN114114605A - 反射镜自动耦合封装设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种反射镜自动耦合封装设备，包括夹具组件、装料组件、器件夹持组件、点胶固化组件以及视觉检测组件；所述夹具组件将所述装料组件装载的反射镜依次上料至所述器件夹持组件夹持的光器件并耦合，所述夹具组件与所述装料组件、以及所述器件夹持组件均平行设置，所述夹具组件通过角度调整，使所述反射镜与所述光器件按预设的角度耦合，所述点胶固化组件对耦合后的反射镜点胶固化，所述视觉检测组件对所述反射镜的装料位置以及耦合位置视觉定位。本发明相对于设备组件倾斜布置的方式可以明显减小设备的横向布置尺寸，且取料以及耦合时的动作控制更加方便。

Description

反射镜自动耦合封装设备

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，特别涉及一种反射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，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。为了提高输出功率，通常将多个发光单元集成在同一个载体上，通过反射镜使各个发光单元产生的激光反射并汇聚到一起，形成集束而提高整体出射功率。

反射镜是半导体激光器的重要元件，其耦合精度直接影响半导体激光器的封装质量。现有技术中存在自动化程度高的耦合封装设备，将反射镜依次与发光单元耦合，改变了先前依靠人工或自动化程度低的设备耦合封装带来的工序繁琐、耦合效率低、质量不稳定等问题。由于反射镜通常与光器件不正交而具有一定夹角，因此该类设备的相关机构之间同样倾斜布置，增大了设备的整体占用空间，不利于耦合过程的设计、控制，具有进一步改进空间。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种对半导体激光器的反射镜耦合封装的设备，以简化设备布置空间及动作控制，提升封装效率及质量。

为了达到上述目的，本发明提供了一种反射镜自动耦合封装设备，包括夹具组件、装料组件、器件夹持组件、点胶固化组件以及视觉检测组件；

所述夹具组件将所述装料组件装载的反射镜依次上料至所述器件夹持组件夹持的光器件并耦合，所述夹具组件与所述装料组件、以及所述器件夹持组件均平行设置，所述夹具组件通过角度调整，使所述反射镜与所述光器件按预设的角度耦合；

所述点胶固化组件对耦合后的反射镜点胶固化，所述视觉检测组件对所述反射镜的装料位置以及耦合位置视觉定位。

进一步地，所述预设的角度为45度。

进一步地，所述夹具组件包括夹具水平模组，所述夹具水平模组上连接有夹具底座，所述夹具底座上连接有夹具竖直模组，所述夹具竖直模组上连接有夹具支撑臂，所述夹具支撑臂上转动连接有夹具贴平模组，所述夹具贴平模组通过所述夹具支撑臂上的夹具旋转气缸驱动而绕竖直轴旋转，所述夹具贴平模组的移动端连接有夹头升降气缸，以驱动所述夹头升降气缸微调倾斜角度，所述夹头升降气缸的伸缩端与反射镜吸附头连接，以驱动所述反射镜吸附头微调竖直位置，所述反射镜吸附头通过真空作用对反射镜的上表面吸附夹取。

进一步地，所述装料组件包括设置在所述料盘支撑架顶端的料盘，所述料盘内形成有多个卡槽，所述卡槽按矩形阵列排布，所述卡槽对反射镜的两端卡合限位，所述装料组件的顶端连接有装料位移模组，所述料盘与所述装料位移模组连接。

进一步地，所述料盘的一侧还连接有废料槽，所述废料槽用于回收无法耦合成功的反射镜。

进一步地，所述器件夹持组件包括器件夹持平台，所述器件夹持平台的第一端形成有器件夹持槽，所述器件夹持槽将待封装的光器件夹持定位，所述光器件内具有多个排列分布的发光单元，所述光器件包括出口光纤和与所述发光单元一一对应的反射镜，通过反射镜使各个所述发光单元的出射光合束至所述出口光纤。

进一步地，所述器件夹持组件还包括光功率积分球系统，所述光功率积分球系统与所述出口光纤对准，以检测出射光的光功率。

进一步地，所述器件夹持平台的第二端还安装有光纤整备转台和光纤固定夹头，所述光纤整备转台与所述器件夹持平台转动连接，所述光纤整备平台的上表面连接有数个光纤整备卡环，所述光纤固定夹头与所述光纤整备平台固定连接，以对所述出口光纤的出口端定位。

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支撑臂连接，所述点胶位移模组的位移端连接有点胶头。

进一步地，所述视觉检测组件包括设置在所述装料组件一侧的第一视觉检测相机、以及设置在所述器件夹持组件一侧的第二视觉检测相机，所述第一视觉检测相机以及所述第二视觉检测相机均设置多个，对所述料盘或所述器件夹持槽的位置进行多方位的视觉检测。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明提供的反射镜自动耦合封装设备，通过装料组件将待耦合的反射镜装料并定位、器件夹持组件将待耦合的光器件夹持并定位，夹具组件将装料组件装载的反射镜依次上料至器件夹持组件夹持的光器件并完成耦合，夹具组件的整体与装料组件、以及器件夹持组件平行设置的，通过夹具组件的角度调整，使反射镜与光器件按预设的角度粗耦合，相对于设备组件倾斜布置的方式可以明显减小设备的横向布置尺寸，且取料以及耦合时的动作控制更加方便；

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为本发明的夹具组件及点胶固化组件示意图；

图3为图2的A处放大图；

图4为本发明的装料组件示意图；

图5为本发明的器件夹持组件示意图；

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-出口光纤；103-反射镜；200-夹具组件；201-夹具水平模组；202-夹具底座；203-夹具竖直模组；204-夹具支撑臂；205-夹具贴平模组；206-夹具旋转气缸；207-夹头升降气缸；208-反射镜吸附头；300-装料组件；301-料盘支撑架；302-料盘；303-卡槽；304-装料位移模组；305-废料槽；400-器件夹持组件；401-器件夹持平台；402-器件夹持槽；403-光功率积分球系统；404-光纤整备转台；405-光纤固定夹头；406-光纤整备卡环；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。

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。

图1所示为本发明的整体结构示意图，图6所示为本发明对应的光器件100结构示意图，其内具有多个排列分布的发光单元101，光器件100包括出口光纤102和与发光单元101一一对应的反射镜103，反射镜103使各个发光单元101的出射光合束至出口光纤102，以大幅提升输出功率。

本实施例提供的反射镜自动耦合封装设备包括夹具组件200、装料组件300、器件夹持组件400、点胶固化组件500以及视觉检测组件600。其中，装料组件300将待耦合的反射镜103装料并定位、器件夹持组件400将待耦合的光器件100夹持并定位，夹具组件200将装料组件300装载的反射镜103依次上料至器件夹持组件400夹持的光器件100并完成耦合，由点胶固化组件500对耦合后的反射镜103点胶固化而完成封装，视觉检测组件600对反射镜103的装料位置以及耦合位置视觉定位，以反馈位置而控制夹具组件200的取料及耦合动作。

其中，夹具组件200的整体与装料组件300、以及器件夹持组件400均是平行设置的，同时夹具组件200可以进行角度调整，其移动至装料组件300取料时与器件夹持组件400保持平行，将反射镜103取料并移动至光器件100的位置时调整预设的角度，使反射镜103与光器件100按预设的角度粗耦合。本实施例中的光器件100耦合角度为45度。

采用夹具组件200与装料组件300以及器件夹持组件400三者平行布置的方式，相对于倾斜布置的方式可以明显减小设备的横向布置尺寸，且取料以及耦合时的定位更加方便。

同时如图2、图3所示，夹具组件200包括夹具水平模组201，夹具水平模组201具有横向和纵向的平移自由度，其上连接有夹具底座202，夹具底座202上连接有夹具竖直模组203，夹具竖直模组203上连接有夹具支撑臂204，使得夹具支撑臂204具有三个方向的平移自由度，此部分自由度用于夹具的整体位移，不参与耦合调整。

夹具支撑臂204上转动连接有夹具贴平模组205，夹具贴平模组205通过夹具支撑臂204上的夹具旋转气缸206驱动而绕竖直轴旋转。夹具旋转气缸206的移动端连接有夹头升降气缸207，夹头升降气缸207的伸缩端与反射镜吸附头208连接。其中，夹具旋转气缸206能同时进行45度角的粗调和耦合时的角度微调，夹具旋转气缸206以及夹头升降气缸207进行微调，使吸附夹持的反射镜103与光器件100顺利耦合。

夹具支撑臂204的整体随模组移动至装料组件300的上方预设位置，随后夹头升降气缸207驱动反射镜吸附头208下降，通过真空作用将对应位置的反射镜103吸附固定。夹头升降气缸207复位后夹具支撑臂204整体移动至光器件100的上方预设位置，夹头升降气缸207驱动反射镜吸附头208下降至耦合位置进行耦合。本实施例中通过检测出射光的光功率来确认耦合精度，当反射镜103相对于光器件100的倾斜角度(绕水平轴)过大时，夹具贴平模组205带动夹头升降气缸207以及反射镜吸附头208绕水平轴旋转，使反射镜103逐渐与光器件100贴平，此时夹头升降气缸207同样对反射镜103的竖直位置进行适应性微调。当反射镜103相对于光器件100的倾斜角度(绕竖直轴)过大时，夹具旋转气缸206驱动夹具贴平模组205等绕竖直轴旋转，使反射镜103相对于光器件100的夹角逐渐调整至预设值(理想情况为45度)。

另外，当夹具贴平模组205、夹具旋转气缸206等微调无法使反射镜103耦合精度合格时，反射镜吸附头208切断真空作用，使反射镜103放置于光器件100的耦合位置，随后反射镜吸附头208在各个微调驱动部的作用下调整一定位置和角度后将反射镜103重新吸附，再进行二次耦合，直至反射镜103与光器件100的耦合精度满足要求。

实际操作时可进行多次耦合，本实施例中采用两次耦合的方式但不对此限制，若反射镜103最后一次耦合时仍无法达到精度要求，则此反射镜103的耦合过程失败而作为次品，后续需对次品进行回收。

同时如图4所示，装料组件300包括设置在料盘支撑架301顶端的料盘302，料盘302内形成有多个卡槽303，卡槽303按矩形阵列排布，卡槽303对反射镜103的两端卡合限位，使各个反射镜103同样按矩形阵列排布并相对于料盘302的位置确定，便于夹具组件200的准确夹取。其中，装料组件300的顶端连接有装料位移模组304，料盘302与装料位移模组304连接，以调整料盘302的横向位置，提升料盘302装料的便捷性，以及将料盘302调整至与器件夹持组件400夹持的光器件100位置对应，使夹具组件200完成夹料后无需再大幅度调整横向位置，减少夹具组件200的横向调整动作。

作为进一步改进，本实施例中料盘302的一侧还连接有废料槽305，前述反射镜103耦合失败时，夹具组件200返回至装料组件300上方，将次品放置于废料槽305内，再重新夹取料盘302中新的反射镜103，在上一个耦合位置重新进行耦合。

同时如图5所示，器件夹持组件400包括器件夹持平台401，器件夹持平台401的第一端形成有器件夹持槽402，器件夹持槽402将待封装的光器件100夹持定位，可通过锁紧螺栓等将器件夹持槽402内的光器件400锁紧，确保封装过程中光器件400不会相对于器件夹持平台401松动位移。

同时，器件夹持组件400还包括光功率积分球系统403，光功率积分球系统403与出口光纤102对准，以检测出射光的光功率，确认耦合精度。由于发光单元101是依次排列分布的，且反射镜103是依次完成耦合的，因此当第一个反射镜103耦合时，光功率积分球系统403检测的光功率对应单个发光单元101，而第二个反射镜103耦合时，出口光纤102的出射光为第一个发光单元101与第二个发光单元101的合束，因此检测的光功率对应两个发光单元101，以此类推，使全部的反射镜103均完成预设精度的耦合。

作为进一步改进，本实施例中器件夹持平台401的第二端还安装有光纤整备转台404和光纤固定夹头405，光纤整备转台404与器件夹持平台401转动连接，光纤整备平台404的上表面连接有数个光纤整备卡环406，对长度尺寸较大的出口光纤102进行卷绕卡合等，使出口光纤102被充分收纳而不占用设备空间。光纤固定夹头405与光纤整备平台404固定连接，对出口光纤102的出口端定位，使出口光纤102的出口端保持与光功率积分球系统403对接，确保光功率检测的顺利进行。

请再次参阅图2，点胶固化组件500包括点胶位移模组501，点胶位移模组501与夹具支撑臂204连接，点胶位移模组501的位移端连接有点胶头502。因此，点胶头502能随夹具支撑臂204进行水平和竖直方向的位移，当夹具支撑臂204下方的反射镜吸附头208完成反射镜103的耦合后，夹具水平模组201带动夹具支撑臂204平移，使点胶位移模组501下方的点胶头502对准反射镜103，点胶位移模组501驱动点胶头502下移对反射镜103的点胶位置点胶。另外，点胶固化组件还包括固化装置(图中未显示)，通过固化装置对完成点胶的反射镜103固化。

请再次参阅图5，视觉检测组件600包括设置在装料组件300一侧的第一视觉检测相机(图中未显示)、以及设置在器件夹持组件400一侧的第二视觉检测相机601，第一视觉检测相机和第二视觉检测相机601均设置多个，对料盘302或器件夹持槽402的位置进行多方位的视觉检测及定位，使夹具组件200的取料及耦合过程、点胶固化组件500的点胶、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 (10)

1.一种反射镜自动耦合封装设备，其特征在于，包括夹具组件、装料组件、器件夹持组件、点胶固化组件以及视觉检测组件；

所述夹具组件将所述装料组件装载的反射镜依次上料至所述器件夹持组件夹持的光器件并耦合，所述夹具组件与所述装料组件、以及所述器件夹持组件均平行设置，所述夹具组件通过角度调整，使所述反射镜与所述光器件按预设的角度耦合；

所述点胶固化组件对耦合后的反射镜点胶固化，所述视觉检测组件对所述反射镜的装料位置以及耦合位置视觉定位。

2.根据权利要求1所述的反射镜自动耦合封装设备，其特征在于，所述预设的角度为45度。

3.根据权利要求1所述的反射镜自动耦合封装设备，其特征在于，所述夹具组件包括夹具水平模组，所述夹具水平模组上连接有夹具底座，所述夹具底座上连接有夹具竖直模组，所述夹具竖直模组上连接有夹具支撑臂，所述夹具支撑臂上转动连接有夹具贴平模组，所述夹具贴平模组通过所述夹具支撑臂上的夹具旋转气缸驱动而绕竖直轴旋转，所述夹具贴平模组的移动端连接有夹头升降气缸，以驱动所述夹头升降气缸微调倾斜角度，所述夹头升降气缸的伸缩端与反射镜吸附头连接，以驱动所述反射镜吸附头微调竖直位置，所述反射镜吸附头通过真空作用对反射镜的上表面吸附夹取。

4.根据权利要求1所述的反射镜自动耦合封装设备，其特征在于，所述装料组件包括设置在所述料盘支撑架顶端的料盘，所述料盘内形成有多个卡槽，所述卡槽按矩形阵列排布，所述卡槽对反射镜的两端卡合限位，所述装料组件的顶端连接有装料位移模组，所述料盘与所述装料位移模组连接。

5.根据权利要求4所述的反射镜自动耦合封装设备，其特征在于，所述料盘的一侧还连接有废料槽，所述废料槽用于回收无法耦合成功的反射镜。

6.根据权利要求1所述的反射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，所述器件夹持平台的第一端形成有器件夹持槽，所述器件夹持槽将待封装的光器件夹持定位，所述光器件内具有多个排列分布的发光单元，所述光器件包括出口光纤和与所述发光单元一一对应的反射镜，通过反射镜使各个所述发光单元的出射光合束至所述出口光纤。

7.根据权利要求6所述的反射镜自动耦合封装设备，其特征在于，所述器件夹持组件还包括光功率积分球系统，所述光功率积分球系统与所述出口光纤对准，以检测出射光的光功率。

8.根据权利要求7所述的反射镜自动耦合封装设备，其特征在于，所述器件夹持平台的第二端还安装有光纤整备转台和光纤固定夹头，所述光纤整备转台与所述器件夹持平台转动连接，所述光纤整备平台的上表面连接有数个光纤整备卡环，所述光纤固定夹头与所述光纤整备平台固定连接，以对所述出口光纤的出口端定位。

9.根据权利要求1所述的反射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支撑臂连接，所述点胶位移模组的位移端连接有点胶头。

10.根据权利要求1所述的反射镜自动耦合封装设备，其特征在于，所述视觉检测组件包括设置在所述装料组件一侧的第一视觉检测相机、以及设置在所述器件夹持组件一侧的第二视觉检测相机，所述第一视觉检测相机以及所述第二视觉检测相机均设置多个，对所述料盘或所述器件夹持槽的位置进行多方位的视觉检测。

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