CN115857120A - 一种利用光纤准直器实现透镜准直光耦合的设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用光纤准直器实现透镜准直光耦合的设备，透镜装料组件用于准直透镜的装料，透镜夹持耦合组件用于准直透镜的取料、转移以及耦合，管壳定位组件用于激光器管壳的定位，光纤准直器夹持组件用于夹持定位光纤准直器，光纤准直器与光功率检测组件连接，光功率检测组件用于检测光功率确认耦合精度，以同时确认准直透镜、光纤准直器的耦合精度，点胶固化组件用于准直透镜、光纤准直器的点胶固化。本发明提能够让准直透镜的准直光直接进入光纤准直器中，最终检测光功率同时确认准直透镜以及光纤准直器的耦合精度并完成耦合封装，因此可以保证准直透镜、光纤准直器的耦合精度达标，且耦合封装效率及质量均有提升。

Description

一种利用光纤准直器实现透镜准直光耦合的设备

技术领域

本发明涉及光器件耦合封装技术领域，特别涉及一种利用光纤准直器实现透镜准直光耦合的设备。

背景技术

单管激光器是常见的激光器，其主要由激光器管壳、激光器芯片、准直透镜、光纤准直器组成，激光器芯片用于产生激光，依靠准直透镜光束准直器完成光束的准直后出射，还包括连接环，用于连接光束准直器与激光器管壳。耦合封装的要求为将光束准直器与激光器管壳准确定位后耦合封装，使出射光的光功率等参数达标。传统的耦合方式中光束准直器上下料、光功率计等的连接都需要人工作业，依靠人工作业不仅人工成本高，并且人工作业效率低下，还容易出现误差，不仅影响耦合效果，不适合大批量自动化生产。现有技术中通过自动化设备改善了这一状况。然而，由于单管激光器的准直透镜、光纤准直器均需要耦合，采用常规的自动化设备难以同时地对两个器件进行耦合，保证耦合精度及封装质量。

发明内容

本发明的目的是：针对上述背景技术中存在的不足，提供一种能够同时对准直透镜、光纤准直器进行耦合，保证耦合精度及封装质量的设备。

为了达到上述目的，本发明提供了一种利用光纤准直器实现透镜准直光耦合的设备，包括透镜装料组件、透镜夹持耦合组件、管壳定位组件、光纤准直器夹持组件、点胶固化组件以及光功率检测组件，所述透镜装料组件用于准直透镜的装料，所述透镜夹持耦合组件用于准直透镜的取料、转移以及耦合，所述管壳定位组件用于激光器管壳的定位，所述光纤准直器夹持组件用于夹持定位光纤准直器，所述光纤准直器与所述光功率检测组件连接，所述光功率检测组件用于检测光功率确认耦合精度，以同时确认准直透镜、光纤准直器的耦合精度，所述点胶固化组件包括点胶机构与固化机构，所述点胶机构和所述固化机构用于准直透镜以及光纤准直器的点胶固化。

进一步地，所述透镜装料组件包括透镜料盘，所述透镜料盘设置原点传感器，所述透镜料盘与中空电机连接以进行旋转，所述透镜料盘的中心开设有中心孔，所述中心孔通过所述中空电机连接负压源，以产生负压吸附料盘；

所述透镜料盘的一侧设置中转台，所述中转台用于所述透镜夹持耦合组件拾取准直透镜后中转，以重新夹持准直透镜使其保持水平。

进一步地，所述管壳定位组件包括管壳定位座以及管壳多维运动平台，所述管壳定位座用于对激光器管壳进行定位，依靠机械与负压完成锁定，所述管壳多维运动平台用于调整所述管壳定位座的位置。

进一步地，所述透镜夹持耦合组件包括透镜夹具和透镜多自由度平台，所述透镜多自由度平台具有多个运动自由度，所述透镜多自由度平台还集成有所述点胶机构以及视觉检测相机，以完成点胶作业以及俯视检测；所述透镜多自由度平台还设置有Z轴支撑气缸，以实现重力平衡。

进一步地，所述透镜夹具包括微动夹爪以及驱动所述微动夹爪开合的超声电机，所述微动夹爪设置一对，分别固定在所述超声电机的两个动子上，所述超声电机的动子安装于定子上，所述定子分别安装有光栅尺和对应的读数头，以实现微动夹爪的精确位移控制；所述微动夹爪采用透明材料制成，以避免遮挡UV光；所述固化机构包括UV固化灯，所述UV固化灯设置在所述微动夹爪的上方，以使UV光均匀照射在准直透镜处。

进一步地，所述透镜夹具还包括探针卡，所述探针卡用于给发光芯片加电。

进一步地，所述光纤准直器夹持组件包括光纤准直器夹具以及光纤准直器运动平台，所述光纤准直器运动平台能够驱动所述光纤准直器绕自身实现360度的旋转，以进行360度点胶，所述光纤准直器与所述光功率检测组件连接。

进一步地，所述光纤准直器被固定在所述光纤准直器夹具上，当入射光为平行光且和所述光纤准直器不存在角度和线性位移偏差时，所述光纤准直器接受到的光最大，通过光功率检测的方式实现所述准直透镜的耦合和与所述光纤准直器的对准。

进一步地，还包括视觉检测组件，所述视觉检测组件包括俯视相机、侧视相机和斜视相机，所述俯视相机用于对准直透镜与发光芯片进行识别与定位，所述侧视相机用于对准直透镜的侧面识别与定位，所述斜视相机用于耦合过程中准直透镜、发光芯片以及光纤准直器的监控。

进一步地，所述侧视相机的前方还设置有反射镜机构，所述反射镜机构包括反射镜以及驱动所述反射镜位移的切换气缸，所述反射镜相对于所述侧视相机45度设置，以使所述侧视相机能够识别准直透镜的两个侧面；

当切换气缸远离所述侧视相机的轴线运动时，所述侧视相机能够直接检测准直透镜侧边，当切换气缸靠近所述俯视相机的轴线时，通过45度的所述反射镜，将所述俯视相机的视线进行90度转换，从而完成对准直透镜的另一侧的识别。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明提供的利用光纤准直器实现透镜准直光耦合的设备，依靠透镜夹持耦合组件、管壳定位组件以及光纤准直器夹持组件等的设置，能够让准直透镜的准直光直接进入光纤准直器中，最终检测光功率同时确认准直透镜以及光纤准直器的耦合精度并完成耦合封装，因此可以保证准直透镜、光纤准直器的耦合精度达标，且耦合封装效率及质量均有提升；

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为本发明的设备原理示意图；

图3为本发明的透镜装料组件、管壳定位组件、光纤准直器夹持组件示意图；

图4为本发明的光纤准直器旋转360度及点胶示意图；

图5为本发明的透镜夹持耦合组件示意图；

图6为本发明的透镜夹具示意图；

图7为本发明的反射镜机构示意图。

图8为本发明的光功率检测原理示意图。

【附图标记说明】

100-透镜装料组件；101-透镜料盘；102-料盘位移模组；103-中转台；200-透镜夹持耦合组件；201-微动夹爪；202-超声电机；203-探针卡；204-透镜X轴滑台；205-透镜Y轴滑台；206-透镜Z轴滑台；207-固定座；208-透镜X轴转台；209-透镜Y轴转台；210-透镜倾斜转台；211-Z轴支撑气缸；212-动子；213-定子；214-光栅尺；300-管壳定位组件；301-管壳定位座；302-管壳多维运动平台；400-光纤准直器夹持组件；401-光纤准直器夹具；402-光纤准直器运动平台；500-点胶固化组件；501-点胶机构；502-UV固化灯；701-准直透镜；702-激光器管壳；703-光纤准直器；704-发光芯片；801-俯视相机；802-侧视相机；803-斜视相机；804-反射镜；805-切换气缸。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，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。

如图1、图2所示，本发明的实施例提供了一种利用光纤准直器实现透镜准直光耦合的设备，包括透镜装料组件100、透镜夹持耦合组件200、管壳定位组件300、光纤准直器夹持组件400、点胶固化组件500以及光功率检测组件。其中，透镜装料组件100用于准直透镜701的装料。透镜夹持耦合组件200用于准直透镜701的取料、转移以及耦合。管壳定位组件300用于激光器管壳702的定位，使准直透镜701及光纤准直器703耦合过程中激光器管壳702的位置确定。光纤准直器夹持组件400用于夹持定位光纤准直器703，同时光纤准直器703与光功率检测组件连接，光功率检测组件可以采用光功率积分球等形式，用于检测光功率确认耦合精度，当光功率达到设定值以上时表明耦合精度达标。可以理解的是，当确认耦合精度达标时，准直透镜701、光纤准直器703的耦合精度均已经达标。最终，依靠点胶固化组件500将准直透镜701、光纤准直器703与激光器管壳702点胶固化，完成准直透镜701与光纤准直器703的同步封装。

同时如图3所示，在本实施例中，透镜装料组件100包括透镜料盘101，透镜料盘101设置原点传感器用于定位，同时透镜料盘101与中空电机102连接以进行旋转调整角度，确保透镜夹持耦合组件200拾取准直透镜701时其方向角是准确的。其中，透镜料盘101的中心开设有中心孔，中心孔通过中空电机102连接负压源，以产生负压吸附透镜料盘101；

另外，透镜料盘101的一侧还设置中转台103，中转台103用于透镜夹持耦合组件200拾取准直透镜701后放置在中转台103上，以重新夹持准直透镜103，并使其保持水平。

在本实施例中，管壳定位组件300包括管壳定位座301以及管壳多维运动平台302。其中，管壳定位座301用于对激光器管壳702进行定位，主要通过机械限位和负压吸附的方式保证激光器管壳702的位置稳定，因此可设置夹持块、负压吸附孔等。管壳多维运动平台302用于调整管壳定位座301的位置，使耦合封装时管壳定位座301处于预设位置(作为基准位置)，确保准直透镜701、光纤准直器703的耦合可行性。作为优选的实施方式，管壳多维运动平台302具有六维的运动自由度，能够保证位置调节的准确性，可事先通过标准件将管壳多维运动平台302调整到位。

同时如图5、图6所示，在本实施例中，透镜夹持耦合组件200包括透镜夹具和透镜多自由度平台。其中，透镜多自由度平台具有多个运动自由度，用于驱动透镜夹具动作完成准直透镜701的取料、转移以及耦合等工序。

透镜夹具包括微动夹爪201以及驱动微动夹爪201开合的驱动部，具体到本实施例中，驱动部为超声电机202，微动夹爪201设置一对，分别固定在超声电机202的两个动子212上，超声电机202的动子212、即导轨动子安装于定子213上，定子213分别安装有光栅尺214和对应的读数头，以实现微动夹爪201的精确位移控制。依靠超声电机202控制微动夹爪201的开合，完成准直透镜701的精准夹持。

作为优选的实施方式，本实施例中微动夹爪201采用透明材料制成，能够保证其上方的UV光均匀照射在被夹持的准直透镜701上，不会被微动夹爪201遮挡，提升后续UV固化的效率及质量。

作为进一步改进，本实施例中透镜夹具还包括探针卡203。其中，探针卡203与驱动部202、即超声电机的底座固定，探针卡203能够直接接触发光芯片704并给发光芯片704加电，因此在耦合过程中激光器管壳702无需再另接线路，透镜夹持耦合组件200在耦合时直接加电、光功率检测组件直接检测光功率即可，提升了作业的便捷性。

可以理解的是，探针卡203的位置与微动夹爪201的位置是对应的，即微动夹爪201夹持准直透镜701在激光器管壳702的耦合位置附近微调时，探针卡203正好对应激光器管壳702内的发光芯片704并接触加电，确保耦合及光功率检测的顺利进行。

在本实施例中，透镜多自由度运动平台具有六个自由度，包括透镜X轴滑台204、与透镜X轴滑台204连接的透镜Y轴滑台205，与透镜Y轴滑台205连接的透镜Z轴滑台206、与透镜Z轴滑台206连接的固定座207，以及布设在固定座207上的透镜X轴转台208、与透镜X轴转台208连接的透镜Y轴转台209、与透镜Y轴转台209连接的透镜倾斜转台210，透镜夹具的驱动部202与透镜倾斜转台210连接。因此，透镜夹具具有三个方向的平移自由度以及三个方向的旋转自由度，能够满足准直透镜701取料、转移以及耦合需求。其中，透镜X轴滑台204、透镜Y轴滑台205、透镜Z轴滑台206、透镜X轴转台208、透镜Y轴转台209、透镜倾斜转台210等均采用精密运动平台，而保证耦合精度。

值得一提的是，由于透镜X轴转台208、透镜Y轴转台209、透镜倾斜转台210、透镜夹具等均位于固定座207的同一侧，因此透镜多自由度运动平台、尤其是透镜Z轴滑台206受到的扭矩比较明显，本实施例中在透镜Z轴滑台206上还设置Z轴支撑气缸211，其位于固定座207的另一侧，活塞杆端部与固定座207连接，以对固定座207提供相反的扭矩保证其平衡。

请再次参阅图3以及图4，在本实施例中，光纤准直器夹持组件400包括光纤准直器夹具401以及光纤准直器运动平台402。其中，光纤准直器运动平台402具有多个自由度，本实施例中同样为六个，能够充分地保证光纤准直器703调整位置，且其中一个自由度能够让光纤准直器703绕自身实现360度的旋转，以进行环形点胶，具体到本实施例中为X轴旋转自由度。

光纤准直器夹具401上开设有槽口，光纤准直器703的第一端位于槽口内并被卡紧定位，光纤准直器703的第二端则与光功率检测组件连接，因此，通过准直透镜701的平行光能够进一步进入光纤准直器703内，最终进入光功率检测组件。

在本实施例中，点胶固化组件500包括点胶机构501与固化机构。其中，点胶机构包括胶针、点胶气缸和胶桶，胶针与胶桶连通，点胶气缸的活塞杆端部用于压缩胶桶出胶，最终通过胶针完成点胶。

需要说明的是，本实施例中点胶机构501与透镜夹持耦合组件200、例如固定座207连接，在透镜夹具移动至耦合位置耦合时，点胶机构501位于一侧待点胶，后续点胶作业时整体X向平移(或其它方向)、使点胶机构501对准点胶位置即可。

在本实施例中，固化机构包括UV固化灯502，优选地，UV固化灯502与透镜夹具连接，且位于微动夹爪201的上方，确保UV光均匀向下照射于激光器管壳702的两个点胶位置，保证准直透镜701及光纤准直器703的耦合效果。

在本实施例中，还设置视觉检测组件，视觉检测组件用于检测整个耦合封装过程中器件夹持、耦合的状况。具体来说，视觉检测组件包括俯视相机801、侧视相机802和斜视相机803，俯视相机801通过支架与透镜夹持耦合组件200的固定座207连接，用于对准直透镜701与发光芯片704进行识别与定位，从而完成对其位置的初步标定，侧视相机802设置在透镜装料组件100一侧，用于对准直透镜701的侧面识别与定位，尤其中转时确认准直透镜701的夹持精度，斜视相机803斜向设置在管壳定位组件300一侧，用于耦合过程中准直透镜701、发光芯片704以及光纤准直器703的监控，确保耦合过程中的有序作业。

同时如图7所示，侧视相机802的前方还设置有反射镜机构，反射镜机构包括反射镜804以及驱动反射镜804位移的反射镜驱动模组，采用切换气缸805的形式，反射镜804相对于侧视相机801是45度设置的，以使侧视相机801能够识别准直透镜701的两个侧面。即当需要识别准直透镜701的前侧面时，切换气缸805控制反射镜804收回，侧视相机801直接识别准直透镜701的前侧面；当需要识别准直透镜701的左侧面时，切换气缸805控制反射镜804伸出，侧视相机801在反射镜804成像作用下识别准直透镜701的左侧面，因此准直透镜701在中转台103上被重新夹持后可以进一步确定水平度。

采用本实施例提供的设备耦合封装作业时，当激光器管壳702、光纤准直器703均到位后，透镜夹持耦合组件200从透镜装料组件100拾取准直透镜701并移动至耦合位置耦合，同时对发光芯片704加电，依靠光功率检测组件检测光纤准直器703接收的光功率确认耦合精度，再通过点胶机构501依次对准直透镜701封装位置、光纤准直器703封装位置点胶，点胶过程中准直透镜701随透镜夹具离开封装位置，光纤准直器703点胶时旋转360度而形成环形点胶区域，最后透镜夹具夹持准直透镜701返回至封装位置，且UV固化灯502开启持续对两个点胶处固化，此时透镜夹具保持准直透镜701的夹持状态以及发光芯片704的上电状态，以在固化过程中持续检测光功率，确保耦合封装的精度及质量。光功率检测的原理如图8所示，当准直透镜701相对于光纤准直器703水平方向、竖直方向以及角度方向有偏差时，光功率均偏低；而当光功率达到预设值以上时，表明准直透镜701与光纤准直器703的耦合精度均达标。

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)

1.一种利用光纤准直器实现透镜准直光耦合的设备，其特征在于，包括透镜装料组件、透镜夹持耦合组件、管壳定位组件、光纤准直器夹持组件、点胶固化组件以及光功率检测组件，所述透镜装料组件用于准直透镜的装料，所述透镜夹持耦合组件用于准直透镜的取料、转移以及耦合，所述管壳定位组件用于激光器管壳的定位，所述光纤准直器夹持组件用于夹持定位光纤准直器，所述光纤准直器与所述光功率检测组件连接，所述光功率检测组件用于检测光功率确认耦合精度，以同时确认准直透镜、光纤准直器的耦合精度，所述点胶固化组件包括点胶机构与固化机构，所述点胶机构和所述固化机构用于准直透镜以及光纤准直器的点胶固化。

2.根据权利要求1所述的一种利用光纤准直器实现透镜准直光耦合的设备，其特征在于，所述透镜装料组件包括透镜料盘，所述透镜料盘设置原点传感器，所述透镜料盘与中空电机连接以进行旋转，所述透镜料盘的中心开设有中心孔，所述中心孔通过所述中空电机连接负压源，以产生负压吸附透镜料盘；

所述透镜料盘的一侧设置中转台，所述中转台用于所述透镜夹持耦合组件拾取准直透镜后中转，以重新夹持准直透镜使其保持水平。

3.根据要求1所述的一种利用光纤准直器实现透镜准直光耦合的设备，其特征在于，所述管壳定位组件包括管壳定位座以及管壳多维运动平台，所述管壳定位座用于对激光器管壳进行定位，依靠机械与负压完成锁定，所述管壳多维运动平台用于调整所述管壳定位座的位置。

4.根据权利要求1所述的一种利用光纤准直器实现透镜准直光耦合的设备，其特征在于，所述透镜夹持耦合组件包括透镜夹具和透镜多自由度平台，所述透镜多自由度平台具有多个运动自由度，所述透镜多自由度平台还集成有所述点胶机构以及视觉检测相机，以完成点胶作业以及俯视检测；所述透镜多自由度平台还设置有Z轴支撑气缸，以实现重力平衡。

5.根据权利要求4所述的一种利用光纤准直器实现透镜准直光耦合的设备，其特征在于，所述透镜夹具包括微动夹爪以及驱动所述微动夹爪开合的超声电机，所述微动夹爪设置一对，分别固定在所述超声电机的两个动子上，所述超声电机的动子安装于定子上，所述定子分别安装有光栅尺和对应的读数头，以实现微动夹爪的精确位移控制；所述微动夹爪采用透明材料制成，以避免遮挡UV光；所述固化机构包括UV固化灯，所述UV固化灯设置在所述微动夹爪的上方，以使UV光均匀照射在准直透镜处。

6.根据权利要求4所述的一种利用光纤准直器实现透镜准直光耦合的设备，其特征在于，所述透镜夹具还包括探针卡，所述探针卡用于给发光芯片加电。

7.根据权利要求1所述的一种利用光纤准直器实现透镜准直光耦合的设备，其特征在于，所述光纤准直器夹持组件包括光纤准直器夹具以及光纤准直器运动平台，所述光纤准直器运动平台能够驱动所述光纤准直器绕自身实现360度的旋转，以进行360度点胶，所述光纤准直器与所述光功率检测组件连接。

8.根据权利要求1所述的一种利用光纤准直器实现透镜准直光耦合的设备，其特征在于，所述光纤准直器被固定在所述光纤准直器夹具上，当入射光为平行光且和所述光纤准直器不存在角度和线性位移偏差时，所述光纤准直器接受到的光最大，通过光功率检测的方式实现所述准直透镜的耦合和与所述光纤准直器的对准。

9.根据权利要求1所述的一种利用光纤准直器实现透镜准直光耦合的设备，其特征在于，还包括视觉检测组件，所述视觉检测组件包括俯视相机、侧视相机和斜视相机，所述俯视相机用于对准直透镜与发光芯片进行识别与定位，所述侧视相机用于对准直透镜的侧面识别与定位，所述斜视相机用于耦合过程中准直透镜、发光芯片以及光纤准直器的监控。

10.根据权利要求1所述的一种利用光纤准直器实现透镜准直光耦合的设备，其特征在于，所述侧视相机的前方还设置有反射镜机构，所述反射镜机构包括反射镜以及驱动所述反射镜位移的切换气缸，所述反射镜相对于所述侧视相机45度设置，以使所述侧视相机能够识别准直透镜的两个侧面；

当切换气缸远离所述侧视相机的轴线运动时，所述侧视相机能够直接检测准直透镜侧边，当切换气缸靠近所述俯视相机的轴线时，通过45度的所述反射镜，将所述俯视相机的视线进行90度转换，从而完成对准直透镜的另一侧的识别。

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