CN114769141B - 一种半导体激光器管芯功率及光斑检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种半导体激光器管芯功率及光斑检测系统，包括：机械臂、管芯功率检测系统。所述机械臂上具有第一抓手、第二抓手、第一反射器。所述第一抓手、第二抓手固定在机械臂端部旋转轴上。所述第一反射器连接在第一抓手的下部。所述管芯功率检测系统包括工作台、升降机构、通电元件、热敏功率计。所述升降机构设置在工作台上方，所述通电元件、热敏功率计均固定在升降机构上，热敏功率计位于通电元件上方，升降机构驱动通电元件下降后与工作台上的待检管芯接触使其发光，光线被第一反射器导入热敏功率计后检测管芯的发光功率是否合格。该系统不仅能够提高流水线效率，减少管芯成品故障率，而且采用自动化检测，具有效率高、出错率低的特点。

Description

一种半导体激光器管芯功率及光斑检测系统
技术领域
本发明涉及激光器管芯检测技术领域，具体涉及一种半导体激光器管芯功率及光斑检测系统。
背景技术
本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
半导体激光器因体积小巧、输出功率范围广、波长种类多功耗小和可靠性高等优点被广泛应用在光通信、光存储、材料加工和医疗美容等行业。管芯作为半导体激光器中的发光器件，在激光器的封装中尤为重要，封装和使用过程中会伴随着管芯发生各种各样的故障。然而，目前还没有专门的用于管芯封装过程中质量检测的装置，给管芯的质量监控带来了极大不便。
发明内容
为了筛选、检测和分析半导体激光器封装过程中管芯是否合格，避免有问题的产品流出，造成后续的损失的。本发明提供一种半导体激光器管芯功率及光斑检测系统，该系统不仅能够提高流水线效率，减少管芯成品故障率，而且采用自动化检测，具有效率高、出错率低的特点。为实现上述目的，本发明公开如下所示的技术方案。
首先，本发明公开一种半导体激光器管芯功率自动检测系统，包括：机械臂、管芯功率检测系统。其中：所述机械臂上具有第一抓手、第二抓手、第一反射器。所述第一抓手、第二抓手均固定在机械臂端部旋转轴上。所述第一反射器连接在第一抓手的下部。所述管芯功率检测系统包括：工作台、升降机构、通电元件、热敏功率计。其中：所述升降机构设置在工作台上方，所述通电元件、热敏功率计均固定在升降机构上，且热敏功率计位于通电元件上方，升降机构驱动通电元件下降后与工作台上的待检管芯接触，为管芯通电使其发射光线，光线被第一反射器导入热敏功率计后检测管芯的发光功率是否合格。
进一步地，所述第一抓手、第二抓手之间的夹角不小于30°，以便于避免检测过程中相互干扰。
进一步地，所述第一反射器为直角反射镜，且该直角反射镜的两个直面分别为底面和侧面，从而在管芯发射的光线水平入射在该直角反射镜的斜面反射面上后被垂直反射进入上方的热敏功率计中或者伸出的反射镜的斜面反射面上。
进一步地，所述工作台上具有吸附机构，以便于吸附固定放置在工作台中的管壳。
进一步地，所述工作台中还具有冷却散热装置，以便于为通电发光的管芯进行散热。
进一步地，所述升降机构包括第一横向导轨、纵向导轨、第二横向导轨。其中，所述第一横向导轨水平滑动连接在工作台上方的支架上，所述纵向导轨竖向滑动连接在第一横向导轨上。所述第二横向导轨水平滑动连接在纵向导轨上。所述通电元件固定在纵向导轨的下端，所述热敏功率计固定在第二横向导轨上，从而方便地调节通电元件、热敏功率计的位置。
进一步地，所述管芯功率检测系统还包括CCD图像采集装置和环形光源，所述CCD图像采集装置和环形光源均固定在支架上且位于第一横向导轨的一侧，所述CCD图像采集装置的镜头朝下设置，所述环形光源位于该镜头正下方。
其次，本发明公开一种半导体激光器管芯光斑自动检测系统，包括：上述的半导体激光器管芯功率自动检测系统、驱动器、第二反射器、管芯光斑检测系统。其中：所述驱动器固定在第一抓手的上部，所述第二反射器固定在驱动器上，所述第二反射器在未伸出前位于不阻挡第一反射器的反射光路的位置处，所述驱动器使第二反射器伸出后与第一反射器构成潜望镜结构，所述管芯光斑检测系统位于第二反射器的反射光路上，管芯发射的光线入射在第一反射器上被竖向反射在第二反射器上后再被水平反射出去进入所述管芯光斑检测系统中，以检测管芯发出的光斑是否合格。
进一步地，所述第二反射器包括反射镜和镜筒，所述反射镜固定在镜筒的一端，且该反射镜的反射面与所述第一反射器的反射面构成潜望镜结构，经过反射镜反射后的光线通过镜筒后进入管芯光斑检测系统中。所述驱动器与镜筒连接，以便于驱动镜筒进行伸缩。可选地，所述反射镜为直角反射镜。
进一步地，所述管芯光斑检测系统包括CCD相机及其连接的工控机，所述工控机中具有用于识别CCD相机拍摄的光斑形状的图像处理系统和判断该光斑是否合格的数据库。
进一步地，所述管芯光斑检测系统的光线入口前方还设置有聚焦镜，以对进入管芯光斑检测系统的准直光线进行聚焦。
进一步地，还包括产品定位盘，其用于初步放置待检测的管芯，以便于机械臂进行抓取。
进一步地，所述定位盘上设置有光电传感器，该光电传感器与工控机连接。
进一步地，所述定位盘的一端具有除静电离子风释放口。
进一步地，所述第一反射器被吸附在第一抓手下端的吸盘上，以便于根据需要方便地更换不同的第一反射器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的半导体激光器管芯功率及光斑检测系统通过设计管芯功率检测系统、管芯光斑检测系统，并巧妙地结合第一反射器和第二反射器构成的潜望镜结构，可以方便地实现对管芯功率和光斑的连续性检测，从而能够提前识别和筛选有故障的管芯，加快合格品的流转速度，可以有效提高流水线效率；同时也避免了有问题的产品流出，造成后续的损失。此系统不仅可以在封装过程中将产品自动筛选分类，也可作为不合格品的辅助分析工具。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例中半导体激光器管芯功率和光斑自动检测系统的结构示意图。
图2是本发明实施例中半导体激光器管芯功率和光斑自动检测系统的俯视图。
图3是本发明实施例中机械臂端部的结构示意图。
图4是本发明实施例中第一抓手的侧视图。
图5是本发明实施例中管芯功率检测系统的主视图。
图6是本发明实施例中管芯功率检测系统的局部侧视图。
图7是本发明实施例中工作台的俯视图。
上述附图中标记分别代表：1-机械臂、1.1-第一抓手、1.2-第二抓手、1.3-第一反射器、1.4-驱动器、1.5-第二反射器、1.5.1-反射镜、1.5.2-镜筒；2-管芯功率检测系统、2.1-工作台、2.2-升降机构、2.2.1-第一横向导轨、2.2.2-纵向导轨、2.2.3-第二横向导轨、2.3-通电元件、2.4-热敏功率计、2.5-支架、2.6-CCD图像采集装置、2.7-环形光源；3-管壳、4-管芯光斑检测系统；5-聚焦镜；6-产品定位盘；7-光电传感器；8-风释放口；9-吸盘。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅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设备或元件需要具有特定的方位，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。现结合说明书附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步说明。
参考图1至图6，示例一种半导体激光器管芯功率自动检测系统，其主要用于根所述管芯发射的光线检测其发光功率，以提前识别和筛选有故障的管芯，提高产品流转速度。具体地，该系统包括：机械臂1、管芯功率检测系统2。其中：
所述机械臂1为六轴机械臂，其固定在基座上，在本实施例中，所述机械臂1除了用于转移待测管壳3之外，还能够与管芯功率检测系统2配合对管芯的发光功利性进行检测。为此，所述机械臂1上具有第一抓手1.1、第二抓手1.2、第一反射器1.3。其中：所述第一抓手1.1、第二抓手1.2均固定在机械臂1的端部旋转轴上，且这两个抓手之间具有一定的夹角，以防止干扰检测，其原因在于：两个抓手的功能各不相同，例如，所述第二抓手1.2用于抓取待检测的管芯并放在管芯功率检测系统2后，需要第一抓手1.1携带所述第一反射器1.3与管芯功率检测系统2配合进行管芯功率检测，因此，此时所述第二抓手1.2需要为第一抓手1.1腾出空间，因此，设置所述第一抓手1.1、第二抓手1.2之间具有一定的夹角。在本实施例中，所述第一抓手1.1、第二抓手1.2为垂直设置的状态，也可以选择其他适合的夹角，如30°、70°、100°、120°、150°、180°等。
所述第一反射器1.3连接在第一抓手1.1的下部，该第一反射器1.3为直角反射镜，其两个直面分别为底面和侧面，从而在管壳3中的管芯发射的光线水平入射在该直角反射镜的斜面反射面上后被垂直反射进入上方的热敏功率计2.4中。
参考图5，所述管芯功率检测系统2包括：工作台2.1、升降机构2.2、通电元件2.3、热敏功率计2.4。其中：所述工作台2.1和机械臂1设置在同一基座上，所述机械臂位于工作台2.1的一侧以便于将待测管壳3转移到工作台2.1上。所述升降机构2.2连接在工作台2.1上方的支架2.5上，所述通电元件2.3、热敏功率计2.4均固定在升降机构2.2上，且热敏功率计2.4位于通电元件2.3上方，所述通电元件2.3可采用电极PIN针，其主要作用是与工作台2.1上的待测管壳3中的管芯电极接触后为其通电，使管芯发光，以进行功率检测。所述升降机构2.2用于驱动通电元件2.3下降后与工作台2.1上的待检管芯接触，管壳3发出的光线被第一反射器1.3导入热敏功率计2.4后检测管芯的发光功率是否合格。
使用本实施例的系统进行管芯功率的检测时，先通过所述第二抓手1.2抓取待测管壳3准确放置在工作台2.1的上表面上。然后所述机械臂1的端部旋转轴旋转90°，所述第一抓手1.1携带着第一反射器1.3进入管壳3中，且管壳3中管芯的发光口对着第一反射器1.3的斜面反射面。然后电机驱动所述升降机构2.2下降至设定位置，通电元件2.3与管芯的电极接触（参考图6），管芯通电后发射光线并水平入射在所述第一反射器1.3的斜面反射面上，在该反射面的作用下所述光线被竖向向上反射，然后进入热敏功率计2.4中检测管芯的真实功率。
在另一更佳的实施方式中，所述工作台2.1上具有负压吸附机构，以便于吸附固定放置在工作台2.1中的管壳3，防止检测过程因误碰而导致管壳3的位置发生偏移而影响光路的对正与传输，进而影响检测结果的准确性。
在另一更佳的实施方式中，所述工作台2.1中还具有冷却散热装置，以便于为通电发光的管芯进行散热。在本实施例中，所述冷却散热装置为设置在工作台2.1中的冷却管道，该管道中具有流动的冷媒，以将管芯发光过程中产生的热量带走，防止损坏管芯。
在另一更佳的实施方式中，参考图5，所述升降机构2.2包括第一横向导轨2.2.1、纵向导轨2.2.2、第二横向导轨2.2.3。其中，所述第一横向导轨2.2.1水平滑动连接在工作台2.1上方的支架2.5上，所述纵向导轨2.2.2竖向滑动连接在第一横向导轨2.2.1上。所述第二横向导轨2.2.3水平滑动连接在纵向导轨2.2.2上。从而使所述第一横向导轨2.2.1能够沿着支架2.5水平移动，所述纵向导轨2.2.2能够在第一横向导轨2.2.1上竖向移动，所述第二横向导轨2.2.3能够在纵向导轨2.2.2上水平移动。这些导轨的移动可通过电机和皮带或丝杠等传动机构实现，从而实现导轨移动的精确控制和自动化，具体可参考3D打印设备中的相关机构，或者其他任意适合的机构。所述通电元件2.3固定在纵向导轨2.2.2的下端，所述热敏功率计2.4固定在第二横向导轨2.2.3上，从而在需要时方便地调节通电元件2.3、热敏功率计2.4的位置。
在另一更佳的实施方式中，继续参考所述图5，所述管芯功率检测系统2还包括CCD图像采集装置2.6和环形光源2.7，所述CCD图像采集装置2.5和环形光源2.7均固定在支架2.5上且位于第一横向导轨2.2.1的一侧，所述CCD图像采集装置2.5的镜头朝下设置，所述环形光源2.7位于该镜头正下方。使用时，所述第二抓手1.2夹取待测管壳3后首先运动到环形光源2.7下方，CCD图像采集装置2.5拍照后将计算的X、Y坐标信息反馈至机械臂1的控制器中，以便于第二抓手1.2将管芯精定位到工作平台2.1上。
参考图1和图2，示例一种半导体激光器管芯光斑自动检测系统，其包括：上述实施例的半导体激光器管芯功率自动检测系统，还包括驱动器1.4、第二反射器1.5、管芯光斑检测系统4。其中：
所述驱动器1.4为高精度笔形气缸，其垂直固定在第一抓手1.1的上部内侧壁上。所述驱动器1.4的主要作用是控制所述第二反射器1.5伸出第一抓手1.1侧壁外部的长度，以便于在需要时伸出一定距离与所述第一反射器1.3的反射面构成潜望镜结构，进而将第一反射器1.3的反射面反射的光线通过第二反射器1.5再次反射后进入所述管芯光斑检测系统4中检测光斑是否合格。
为此，参考图4、图5和图6，所述第二反射器1.5包括：反射镜1.5.1和镜筒1.5.2。其中，所述反射镜1.5.1也为直角反射镜。所述反射镜1.5.1固定在镜筒1.5.2的外端，且该反射镜1.5.1的斜面反射面与所述第一反射器1.3的反射面相对，从而使反射镜1.5.1和第一反射器1.3构成潜望镜结构。所述第一抓手1.1的侧壁上具有直径大于所述镜筒1.5.2的通孔，所述镜筒1.5.2穿过该通孔后与所述驱动器1.4的连接，具体地，所述驱动器1.4的伸缩杆上具有一连接块，所述镜筒1.5.2的另一端固定连接在该连接块的通孔中，从而可以通过驱动器1.4的伸缩杆的运动实现反射镜1.5.1相对于第一抓手1.1的侧壁的伸缩。
参考图4和图6，在进行管壳3中管芯的功率的检测时，不需要所述第二反射器1.5的配合，此时所述第二反射器1.5处于缩回状态，以避免阻挡所述第一反射器1.3的向上的反射光线，此时该反射光线进入上方的热敏功率计2.4中。当检测完管壳3的功率后，保持各部件位置不变，仅通过所述驱动器1.4将镜筒1.5.2和反射镜1.5.1推出，进而使反射镜1.5.1的斜面反射面与所述第一反射器1.3的反射面相对而构成潜望镜结构（参考图4，其中箭头线为光线），此时，所述反射光线经过反射镜1.5.1的斜面反射面反射后呈水平状态进入镜筒1.5.2中，并从镜筒1.5.2的另一端穿出后进入所述管芯光斑检测系统4中。所述管芯光斑检测系统包括CCD相机及其连接的工控机。光斑通过聚焦镜5将光路导入到CCD相机中，CCD相机具有筒型黑幕以便于工控机的图像处理系统对光斑形状进行识别，工控机中具有合格光斑和不合格光斑数据库。CCD相机采集光斑轮廓，根据数据库自动判定光斑是否合格。工控机图像处理系统识别后，判定是否合格并做记录。技术人员只需根据管芯功率和光斑数据再次判断产品的流向，如合格品继续流向下一环节，不合格品需要挑出。可以看出，本实施例的这种检测系统通过设计管芯功率检测系统2、管芯光斑检测系统4，并巧妙地结合第一反射器1.3和第二反射器1.5构成的潜望镜结构，可以方便地实现对管芯功率和光斑的连续性检测，从而能够提前识别和筛选有故障的管芯，加快合格品的流转速度，可以有效提高流水线效率；同时也避免了有问题的产品流出，造成后续的损失。此系统不仅可以在封装过程中将产品自动筛选分类，也可作为不合格品的辅助分析工具。
在另一更佳的实施方式中，参考所述图1和图2，上述实施例的管芯光斑检测系统4的光线入口前方还设置有聚焦镜5，以对进入管芯光斑检测系统4的光线进行聚焦，提高检测结果的准确性。
在另一实施方式中，参考所述图1和图2，上述实施例的检测系统中还设置有产品定位盘6，其用于初步放置待检测的管芯，以便于机械臂进行抓取。在更加的实施方式中，所述产品定位盘6上还设置有光电传感器7，该光电传感器7与工控机连接，待检测的管芯放在产品定位盘6上具有光电传感器7的位置，当光电传感器7检测到产品定位盘6上没有管壳后反馈信息，以向产品定位盘6上传送管壳。
在另一实施方式中，参考图7，所述产品定位盘6的一端具有除静电离子风释放口8，其主要作用是防止静电的产生将管芯击穿。
在另一实施方式中，参考图4，所述第一反射器1.3被吸附在第一抓手1.1下端的吸盘9上，以便于根据需要方便地更换不同的第一反射器1.3。
最后，需要说明的是，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (16)

1.一种半导体激光器管芯功率自动检测系统，其特征在于，包括：
机械臂，所述机械臂上具有第一抓手、第二抓手、第一反射器；其中：所述第一抓手、第二抓手均固定在机械臂端部旋转轴上；所述第一反射器连接在第一抓手的下部；
管芯功率检测系统，其包括：工作台、升降机构、通电元件、热敏功率计；其中：所述升降机构设置在工作台上方，所述通电元件、热敏功率计均固定在升降机构上，且热敏功率计位于通电元件上方。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器管芯功率自动检测系统，其特征在于，所述第一抓手、第二抓手之间的夹角不小于30°。
3.根据权利要求1所述的半导体激光器管芯功率自动检测系统，其特征在于，所述第一反射器为直角反射镜，且该直角反射镜的两个直面分别为底面和侧面。
4.根据权利要求1所述的半导体激光器管芯功率自动检测系统，其特征在于，所述工作台上具有吸附机构。
5.根据权利要求1所述的半导体激光器管芯功率自动检测系统，其特征在于，所述工作台中还具有冷却散热装置。
6.根据权利要求1所述的半导体激光器管芯功率自动检测系统，其特征在于，所述升降机构包括第一横向导轨、纵向导轨、第二横向导轨；其中，所述第一横向导轨水平滑动连接在工作台上方的支架上，所述纵向导轨竖向滑动连接在第一横向导轨上；所述第二横向导轨水平滑动连接在纵向导轨上；所述通电元件固定在纵向导轨的下端，所述热敏功率计固定在第二横向导轨上。
7.根据权利要求1-6任一项所述的半导体激光器管芯功率自动检测系统，其特征在于，所述管芯功率检测系统还包括CCD图像采集装置和环形光源，所述CCD图像采集装置和环形光源均固定在支架上且位于第一横向导轨的一侧，所述CCD图像采集装置的镜头朝下设置，所述环形光源位于该镜头正下方。
8.根据权利要求1-4任一项所述的半导体激光器管芯功率自动检测系统，其特征在于，还包括产品定位盘。
9.根据权利要求8所述的半导体激光器管芯功率自动检测系统，其特征在于，所述定位盘上设置有光电传感器，该光电传感器与工控机连接。
10.根据权利要求9所述的半导体激光器管芯功率自动检测系统，其特征在于，所述定位盘的一端具有除静电离子风释放口。
11.根据权利要求1-6任一项所述的半导体激光器管芯功率自动检测系统，其特征在于，所述第一反射器被吸附在第一抓手下端的吸盘上。
12.一种半导体激光器管芯光斑自动检测系统，其特征在于，包括：权利要求1-11任一项所述的半导体激光器管芯功率自动检测系统，以及：驱动器、第二反射器、管芯光斑检测系统；其中：所述驱动器固定在第一抓手的上部，所述第二反射器固定在驱动器上，所述第二反射器在未伸出前位于不阻挡第一反射器的反射光路的位置处，所述驱动器使第二反射器伸出后与第一反射器构成潜望镜结构，所述管芯光斑检测系统位于第二反射器的反射光路上。
13.根据权利要求12所述的半导体激光器管芯光斑自动检测系统，其特征在于，所述第二反射器包括反射镜和镜筒，所述反射镜固定在镜筒的一端，且该反射镜的反射面与所述第一反射器的反射面构成潜望镜结构；所述驱动器与镜筒连接。
14.根据权利要求12所述的半导体激光器管芯光斑自动检测系统，其特征在于，所述反射镜为直角反射镜。
15.根据权利要求12-14任一项所述的半导体激光器管芯光斑自动检测系统，其特征在于，所述管芯光斑检测系统包括CCD相机及其连接的工控机，所述工控机中具有用于识别CCD相机拍摄的光斑形状的图像处理系统和判断光斑是否合格的数据库。
16.根据权利要求15所述的半导体激光器管芯光斑自动检测系统，其特征在于，所述管芯光斑检测系统的光线入口前方还设置有聚焦镜。
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