CN116577883A - 一种单管尾纤穿管机装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单管尾纤穿管机装置及方法，装置包括激光器夹具组件、尾纤夹具组件、视觉耦合检测组件、以及点胶固化组件，所述激光器夹具组件用于夹持定位激光器管壳，所述尾纤夹具组件用于夹持尾纤并与所述激光器管壳耦合，所述视觉耦合检测组件用于视觉检测所述尾纤与所述激光器管壳的管孔的相对位置，确认耦合精度，所述点胶固化组件用于对耦合位置点胶固化。本发明通过在尾纤夹具上浮动连接部的设置，能够避免尾纤与尾孔之间的硬性碰撞、弯折等，保护了尾纤、激光器管壳的尾孔等结构，避免了器件本身一致性误差以及视觉定位误差造成的耦合过程中结构的损坏，进一步提升了装置的可靠性。

Description

一种单管尾纤穿管机装置与方法

技术领域

本发明涉及激光器耦合封装技术领域，特别涉及一种单管尾纤穿管机装置与方法。

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、尾纤(光束准直器)组成，激光器芯片用于产生激光，依靠尾纤完成光束的准直后出射，还包括连接环，用于连接尾纤与激光器管壳。耦合封装的要求为将尾纤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。传统的耦合方式中尾纤耦合需要人工作业，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。

公开号为CN115603167A的发明专利申请公开了一种光束准直器自动耦合封装设备，包括激光器夹具组件、光束准直器夹具组件、光功率耦合检测组件、以及点胶固化组件，激光器夹具组件用于夹持定位激光器管壳并上电，光束准直器夹具组件用于夹持光束准直器并耦合至所述激光器管壳的预设位置，所述光束准直器预套设连接环，所述连接环用于连接所述光束准直器与所述激光器管壳，所述光功率耦合检测组件用于检测耦合功率确认耦合精度，所述点胶固化组件用于对耦合位置点胶固化，同时调整所述连接环的位置，能够自动完成光束准直器与激光器管壳的耦合封装。该方案中光束准直器夹具组件是刚性结构，基于光束准直器与激光器管壳为高精度器件、以及高精度耦合要求，光束准直器与激光器管壳的同轴度要求很高(间隙仅10-20μm)，在夹具组件均为刚性的前提下，可能会因为偏心等导致损坏尾纤，能够进一步改进。

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，提供一种尾纤浮动式的夹具以及耦合方案等，提升尾纤与激光器管壳耦合的可靠性。

为了达到上述目的，本发明提供了一种单管尾纤穿管机装置，包括激光器夹具组件、尾纤夹具组件、视觉耦合检测组件、以及点胶固化组件；

所述激光器夹具组件用于夹持定位激光器管壳，所述尾纤夹具组件用于夹持尾纤并与所述激光器管壳耦合，所述视觉耦合检测组件用于视觉检测所述尾纤与所述激光器管壳的管孔的相对位置，确认耦合精度，所述点胶固化组件用于对耦合位置点胶固化；

所述尾纤夹具组件包括尾纤位移机构以及设置在所述尾纤位移机构上的尾纤夹具，所述尾纤位移机构用于调整所述尾纤夹具的位置；所述尾纤夹具包括夹持部、旋转部以及浮动连接部，所述夹持部用于夹持所述尾纤，所述旋转部用于驱动所述夹持部旋转调整角度，所述浮动连接部包括浮动连接座和浮动连接块，所述浮动连接座上设置有浮动调整机构，所述浮动连接块与所述浮动调整机构连接，同时所述浮动连接块与所述浮动连接座弹性连接，以使所述浮动连接块弹性复位，所述浮动连接块与所述夹持部连接。

进一步地，所述浮动调整机构包括第一直线机构和第二直线机构，所述第一直线机构与所述第二直线机构正交布置，所述浮动连接块与所述第一直线机构连接，所述第一直线机构与所述第二直线机构连接。

进一步地，所述第一直线机构包括第一导轨以及滑动设置在所述第一导轨上的第一滑块，所述第二直线机构包括第二导轨以及滑动设置在所述第二导轨上的第二滑块，所述浮动连接块与所述第一滑块连接，所述第一导轨与所述第二滑块连接，所述第二导轨与所述浮动连接座连接。

进一步地，所述浮动连接座开设有安装槽，所述浮动调整机构设置在所述安装槽内，所述浮动连接块的第一端位于所述安装槽内，所述安装槽设置有弹性件，所述弹性件与所述浮动连接块弹性连接。

进一步地，所述弹性件为弹簧销，所述安装槽的内侧壁开设有多个安装孔，所述安装孔用于安装所述弹簧销，所述弹簧销与所述浮动连接块的外侧壁相接触。

进一步地，所述夹持部包括夹持座，所述夹持座上相对地设置固定夹持臂以及活动夹持臂，所述固定夹持臂与所述夹持座固定连接，所述活动夹持臂与所述夹持座活动连接，所述夹持座上设置有夹持控制部，所述夹持控制部的输出端与所述活动夹持臂连接。

进一步地，所述视觉耦合检测组件包括第一视觉检测相机、第二视觉检测相机以及第三视觉检测相机，所述第一视觉检测相机用于Y向地检测所述尾纤与所述激光器管壳的管孔的相对位置，所述第二视觉检测相机用于Z向地检测所述尾纤与所述激光器管壳的管孔的相对位置，所述第三视觉检测相机用于在X-Z平面斜向检测所述尾纤与所述激光器管壳的管孔的相对位置。

进一步地，所述第一视觉检测相机、所述第二视觉检测相机分别与第一焦距调整机构、第二焦距调整机构连接。

进一步地，所述点胶固化组件包括点胶头，所述点胶头设置多个且并排布置。

本发明还提供了一种单管尾纤穿管方法，应用于如前所述的一种单管尾纤穿管机装置，包括如下步骤：

S1，将激光器管壳固定在激光器夹具组件的预设位置，将尾纤放置于尾纤夹具组件的夹持部并夹紧；

S2，尾纤在尾纤夹具组件的驱动下运动，直到尾纤处于激光器管壳的管孔预设位置；

S3，视觉耦合检测组件从多个方向检测尾纤与激光器管壳的管孔的相对位置，确认尾纤的耦合精度；

S4，点胶固化组件移动至点胶位置点胶，同时尾纤在尾纤夹具组件驱动下旋转，使点胶位置均匀涂覆胶水；

S5，对点胶位置照射预设时间进行UV固化，完成器件的耦合封装。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明提供的单管尾纤穿管机装置及方法，通过在尾纤夹具上浮动连接部的设置，当尾纤位移机构控制尾纤夹具整体位移、使尾纤与激光器管壳的尾孔之间接触时，浮动连接部可以适应性地产生位移，且进一步在弹性缓冲作用下避免了尾纤与尾孔之间的硬性碰撞、弯折等，而当调整至耦合准确位置、同轴度合格时，浮动连接部能够弹性复位至初始位置，保证尾纤同样处于耦合准确位置，从而保护了尾纤、激光器管壳的尾孔等结构，避免了器件本身一致性误差以及视觉定位误差造成的耦合过程中结构的损坏，进一步提升了装置的可靠性；

本发明中，第一视觉检测相机、第二视觉检测相机等均通过焦距调整机构调整焦点位置，通过焦距测量+边缘定位结合的方式，进一步提高定位精度；

本发明中，点胶固化组件的点胶头采用阵列出胶的方式，可将尾纤的胶层区域一次性覆盖，提高了效率，且提升了胶层区域出胶的均匀度，简化了多次周向点胶的步骤；

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为本发明的单管激光机示意图；

图3为本发明的尾纤夹具组件示意图；

图4为本发明的夹持部及浮动连接部示意图；

图5为本发明的第一视觉检测相机安装结构示意图；

图6为本发明的第二视觉检测相机安装结构及点胶固化组件示意图；

图7为本发明的点胶头示意图。

【附图标记说明】

100-激光器夹具组件；101-激光器夹具座；102-激光器夹具调节机构；200-尾纤夹具组件；210-尾纤位移机构；220-夹持部；221-夹持座；222-固定夹持臂；223-活动夹持臂；224-控制气缸；230-旋转部；240-浮动连接部；241-浮动连接座；242-浮动连接块；243-第一导轨；244-第一滑块；245-第二导轨；246-第二滑块；247-弹簧销；248-安装孔；300-视觉耦合检测组件；301-第一视觉检测相机；302-第二视觉检测相机；303-第三视觉检测相机；304-第一焦距调整机构；305-第二焦距调整机构；306-反射镜组件；400-点胶固化组件；401-点胶固化安装座；402-点胶固化位移机构；403-点胶头；404-UV固化灯；501-激光器管壳；502-尾纤。

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单管尾纤穿管机装置，包括激光器夹具组件100、尾纤夹具组件200、视觉耦合检测组件300、以及点胶固化组件400。其中，激光器夹具组件100用于夹持定位激光器管壳501，尾纤夹具组件200用于夹持尾纤502并与激光器管壳501耦合，视觉耦合检测组件300用于视觉检测尾纤502与激光器管壳501的管孔的相对位置，确认耦合精度，点胶固化组件400用于对耦合位置点胶固化。

在本实施例中，激光器夹具组件100包括激光器夹具座101以及激光器夹具调节机构102。其中，激光器夹具调节机构102用于调节激光器夹具座101的方向角、俯仰角以及前后位置(X坐标)，以使激光器管壳501调整至预设的姿态进行耦合。需要说明的是，基于本实施例采用视觉耦合检测组件300视觉检测的方式判断相对位置关系、确认耦合精度，因此激光器管壳501无需再进行上电，也无需再设置水冷通道等进行冷却，进一步简化了激光器夹具组件100的结构。

同时如图3所示，在本实施例中，尾纤夹具组件200包括尾纤位移机构210以及设置在尾纤位移机构210上的尾纤夹具。尾纤位移机构210用于调整尾纤夹具的位置，一方面使尾纤502进入激光器管壳501的尾孔预设位置(即耦合前初始位置)，另一方面在耦合过程中调整尾纤502位置，使其与激光器管壳501的尾孔相对位置关系、耦合精度达标。

由于尾纤502与激光器管壳501的尾孔同轴度要求很高，其间隙通常只有10-20μm，当尾纤位移机构210驱动尾纤502调整耦合时，可能会使尾纤502与尾孔之间产生明显的碰撞，造成尾纤502的弯折，损坏等。基于此，本实施例中尾纤夹具包括夹持部220、旋转部230以及浮动连接部240，其中夹持部220用于夹持固定尾纤502，旋转部230用于驱动夹持部220旋转调整角度，以进行周向点胶，浮动连接部240用于连接夹持部220，使夹持部220具有一定的浮动调整空间，避免尾纤502与尾孔之间的硬性碰撞等。

具体如图4所示，浮动连接部240包括浮动连接座241和浮动连接块242，浮动连接座241上设置有浮动调整机构，浮动连接块242与浮动调整机构连接，同时浮动连接块242与浮动连接座241弹性连接，以使浮动连接块242能够弹性复位，且浮动连接块242与夹持部220连接。因此，当尾纤位移机构210控制尾纤夹具整体位移、使尾纤502与尾孔之间接触时，在浮动调整机构作用下，夹持部220以及浮动连接块242能够相对于浮动连接座241产生位移，且进一步在弹性缓冲作用下避免了尾纤502与尾孔之间的硬性碰撞、弯折等。而当浮动调整机构调整至耦合准确位置时(同轴度合格)，浮动连接块242能够弹性复位至初始位置，保证其同样处于耦合准确位置，此时可以进行后续的封装等。

在本实施例中，浮动调整机构包括第一直线机构和第二直线机构，其中，第一直线机构与第二直线机构是正交布置的，具体在初始下(后续旋转部230可以旋转)第一直线机构沿Y向布置、第二直线机构沿Z向布置，浮动连接块242与第一直线机构连接，第一直线机构与第二直线机构连接。因此，浮动连接块242具有两个方向的调整自由度，能够在Y-Z平面内自由调整，基于尾纤502、激光器管壳501均沿X方向布置，可以充分地完成缓冲调整。

在本实施例中，第一直线机构包括第一导轨243以及滑动设置在第一导轨243上的第一滑块244，第二直线机构包括第二导轨245以及滑动设置在第二导轨245上的第二滑块246，浮动连接块242与第一滑块244连接，第一导轨243与第二滑块246连接，第二导轨245与浮动连接座241连接。其中，第一滑块244、第二滑块246能够分别相对于第一导轨243、第二导轨245自由滑动，其反作用力依靠弹性恢复力提供，以使尾纤502能够充分地进行浮动调整、缓冲以及弹性复位。

进一步地，本实施例中浮动连接座241开设有安装槽，浮动调整机构设置在安装槽内，第二导轨245固定在安装槽的底部，其它部件依次对应设置，浮动连接块242的第一端位于安装槽内并与第一滑块244连接。同时，安装槽的内侧壁设置有弹性件，具体为弹簧销247，其一端位于安装槽内侧壁的安装孔248中，另一端与浮动连接块242的外侧壁接触。

需要说明的是，本实施例中安装孔248以及弹簧销247设置四组，沿Y向的两个位置以及沿Z向的两个位置分别设置一组弹簧销247，因而可以对浮动连接块242沿Y向和Z向进行充分的弹性缓冲、以及弹性复位。

在本实施例中，夹持部220包括夹持座221，夹持座221上相对地设置固定夹持臂222以及活动夹持臂223。其中，固定夹持臂222与夹持座221固定连接，活动夹持臂223与夹持座221活动连接。同时，夹持座221上还设置有夹持控制部，本实施例中采用控制气缸224的形式，其活塞杆端部与活动夹持臂223连接，可以驱动活动夹持臂223相对于固定夹持臂222收拢或张开，完成对尾纤502的夹持或松开。

需要说明的是，固定夹持臂222的末端设置有V型槽，通过V型槽对圆柱形的尾纤502进行稳定的限位，保证尾纤502的稳定夹持。

同时如图5-图6所示，在本实施例中，视觉耦合检测组件300包括第一视觉检测相机301、第二视觉检测相机302以及第三视觉检测相机303，通过三个视觉检测相机从多个角度进行相对位置检测，来确认耦合精度。具体地，第一视觉检测相机301用于Y向地检测尾纤502与激光器管壳501的管孔的相对位置，第二视觉检测相机302用于Z向地检测尾纤502与激光器管壳501的管孔的相对位置，此时可以确认尾纤502与激光器管壳501的管孔在Y-Z平面的相对位置精度，再通过第三视觉检测相机303在X-Z平面斜向检测尾纤502与激光器管壳501的管孔的相对位置，确认尾纤502与激光器管壳501的管孔在X向的相对位置精度，从而各向均确认耦合精度，以进行后续封装。

需要说明的是，第一视觉检测相机301、第二视觉检测相机302等自身的焦距均是固定的。实际进行视觉检测时，一方面器件本身一致性不会理想化，造成管孔或尾纤502边缘投影在视觉下虚实不一(只有正好处于相机焦点位置，边缘成像才是最清晰的实像)，导致视觉定位存在一定的误差；另一方面，管孔直径与尾纤502直径是不一致的，无法同时使得管孔和尾纤502处于相机的焦距位置，因而识别也有差异，导致定位不准确。

基于此，本实施例中在部分相机的焦距方向上增加一维的焦距调整机构，通过焦距测量+边缘定位结合的方式，进一步提高定位精度。其中，第一视觉检测相机301、第二视觉检测相机302分别与第一焦距调整机构304、第二焦距调整机构305连接，以分别调整第一视觉检测相机301、第二视觉检测相机302的位置、即调整焦点位置。

需要说明的是，为方便装置整体布置、减小横向尺寸，本实施例中第一视觉检测相机301以及第一焦距调整机构304是沿X方向布置的，同时还设置有反射镜组件306，通过反射镜组件306将第一视觉检测相机301的光路90度反射为Y向，以对准尾纤502与尾孔的耦合位置。另外，反射镜组件306还包括反射镜调整机构，通过反射镜调整机构调整反射镜的Y向位置，使其处于合理的光路反射位置。

第二视觉检测相机302以及第二焦距调整机构305是沿Z方向布置的，其位于激光器管壳501的正上方，向下对准尾纤502与尾孔的耦合位置。

请再次参阅图6，在本实施例中，点胶固化组件400包括点胶固化安装座401，点胶固化安装座401与点胶固化位移机构402连接，点胶固化位移机构402用于驱动点胶固化安装座401平移，具有X向、Y向，以及Z向或斜向的平移自由度。点胶头403以及UV固化灯404均与点胶固化位移机构402连接。同时如图7所示，作为进一步改进，本实施例中点胶头403设置多个且直线并排布置，使得在点胶时能够阵列出胶，可将尾纤502的胶层区域一次性覆盖，提高了效率，且提升了胶层区域出胶的均匀度，简化了多次周向点胶的步骤。

基于同一发明构思，本实施例还提供了一种单管尾纤穿管方法，包括如下步骤：

S1，将激光器管壳501固定在激光器夹具组件100的预设位置，将尾纤502放置于尾纤夹具组件200的夹持部220并夹紧。

S2，尾纤502在尾纤夹具组件200的驱动下运动，直到尾纤502处于激光器管壳501的管孔预设位置，且初步耦合定位。

S3，视觉耦合检测组件300的多个视觉检测相机从多个方向检测尾纤502与激光器管壳501的管孔的相对位置，确认尾纤502的耦合精度，判断调整方向。

当需要进行调整时，尾纤位移机构210带动尾纤502进行调整，此时浮动连接部240产生作用对尾纤502进行浮动缓冲，最终调整到位后浮动连接部240弹性复位且尾纤502耦合精度满足要求。

S4，点胶固化组件400移动至点胶位置点胶，同时尾纤502在尾纤夹具组件200驱动下周向旋转，使点胶位置均匀涂覆胶水。

S5，对点胶位置照射预设时间进行UV固化，完成器件的耦合封装。

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)

1.一种单管尾纤穿管机装置，包括激光器夹具组件、尾纤夹具组件、视觉耦合检测组件、以及点胶固化组件，其特征在于：

所述激光器夹具组件用于夹持定位激光器管壳，所述尾纤夹具组件用于夹持尾纤并与所述激光器管壳耦合，所述视觉耦合检测组件用于视觉检测所述尾纤与所述激光器管壳的管孔的相对位置，确认耦合精度，所述点胶固化组件用于对耦合位置点胶固化；

所述尾纤夹具组件包括尾纤位移机构以及设置在所述尾纤位移机构上的尾纤夹具，所述尾纤位移机构用于调整所述尾纤夹具的位置；所述尾纤夹具包括夹持部、旋转部以及浮动连接部，所述夹持部用于夹持所述尾纤，所述旋转部用于驱动所述夹持部旋转调整角度，所述浮动连接部包括浮动连接座和浮动连接块，所述浮动连接座上设置有浮动调整机构，所述浮动连接块与所述浮动调整机构连接，同时所述浮动连接块与所述浮动连接座弹性连接，以使所述浮动连接块弹性复位，所述浮动连接块与所述夹持部连接。

2.根据权利要求1所述的一种单管尾纤穿管机装置，其特征在于，所述浮动调整机构包括第一直线机构和第二直线机构，所述第一直线机构与所述第二直线机构正交布置，所述浮动连接块与所述第一直线机构连接，所述第一直线机构与所述第二直线机构连接。

3.根据权利要求2所述的一种单管尾纤穿管机装置，其特征在于，所述第一直线机构包括第一导轨以及滑动设置在所述第一导轨上的第一滑块，所述第二直线机构包括第二导轨以及滑动设置在所述第二导轨上的第二滑块，所述浮动连接块与所述第一滑块连接，所述第一导轨与所述第二滑块连接，所述第二导轨与所述浮动连接座连接。

4.根据权利要求1所述的一种单管尾纤穿管机装置，其特征在于，所述浮动连接座开设有安装槽，所述浮动调整机构设置在所述安装槽内，所述浮动连接块的第一端位于所述安装槽内，所述安装槽设置有弹性件，所述弹性件与所述浮动连接块弹性连接。

5.根据权利要求4所述的一种单管尾纤穿管机装置，其特征在于，所述弹性件为弹簧销，所述安装槽的内侧壁开设有多个安装孔，所述安装孔用于安装所述弹簧销，所述弹簧销与所述浮动连接块的外侧壁相接触。

6.根据权利要求1所述的一种单管尾纤穿管机装置，其特征在于，所述夹持部包括夹持座，所述夹持座上相对地设置固定夹持臂以及活动夹持臂，所述固定夹持臂与所述夹持座固定连接，所述活动夹持臂与所述夹持座活动连接，所述夹持座上设置有夹持控制部，所述夹持控制部的输出端与所述活动夹持臂连接。

7.根据权利要求1所述的一种单管尾纤穿管机装置，其特征在于，所述视觉耦合检测组件包括第一视觉检测相机、第二视觉检测相机以及第三视觉检测相机，所述第一视觉检测相机用于Y向地检测所述尾纤与所述激光器管壳的管孔的相对位置，所述第二视觉检测相机用于Z向地检测所述尾纤与所述激光器管壳的管孔的相对位置，所述第三视觉检测相机用于在X-Z平面斜向检测所述尾纤与所述激光器管壳的管孔的相对位置。

8.根据权利要求7所述的一种单管尾纤穿管机装置，其特征在于，所述第一视觉检测相机、所述第二视觉检测相机分别与第一焦距调整机构、第二焦距调整机构连接。

9.根据权利要求1所述的一种单管尾纤穿管机装置，其特征在于，所述点胶固化组件包括点胶头，所述点胶头设置多个且并排布置。

10.一种单管尾纤穿管方法，应用于如权利要求1-9任意一项所述的一种单管尾纤穿管机装置，其特征在于，包括如下步骤：

S1，将激光器管壳固定在激光器夹具组件的预设位置，将尾纤放置于尾纤夹具组件的夹持部并夹紧；

S2，尾纤在尾纤夹具组件的驱动下运动，直到尾纤处于激光器管壳的管孔预设位置；

S3，视觉耦合检测组件从多个方向检测尾纤与激光器管壳的管孔的相对位置，确认尾纤的耦合精度；

S4，点胶固化组件移动至点胶位置点胶，同时尾纤在尾纤夹具组件驱动下旋转，使点胶位置均匀涂覆胶水；

S5，对点胶位置照射预设时间进行UV固化，完成器件的耦合封装。