CN204639432U - 应用于小型化tosa的两光束激光焊接系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光通讯用激光焊接设备，尤其涉及两光束激光焊接系统。提出一种应用于小型化TOSA的两光束激光焊接系统，焊接操作台固定在焊接桌面上，焊接操作台的左右两侧上方分别设置有左焊枪和右焊枪，左焊枪和右焊枪分别通过左焊枪微调台及右焊枪微调台固定在支撑架上；焊接操作台的正上方设置有透镜固定组件，透镜固定组件的上方设置有位置可调的CCD成像系统，焊接操作台的正后方设置有红外成像系统。本实用新型采用两束激光对TOSA准直透镜进行焊接，通过CCD成像系统及红外监测系统来精准确定准直透镜的位置，保证了激光焊接的焊接精度及可靠性，实现了TOSA芯片与准直透镜的激光半自动焊接，解决了TOSA的激光耦合技术的难题，在光通讯领域具有显著的实用价值。

Description

应用于小型化TOSA的两光束激光焊接系统

技术领域：

本实用新型涉及光通讯用激光焊接设备，尤其涉及两光束激光焊接系统。

技术背景：

由于光纤通信具有大容量、无电磁干扰、保密性好的特点，光纤通信在广域网（WAN）,城域网（MAN），局域网（LAN）中得到广泛应用。随着我国光纤到户（FTTH，Fiber To The Home )工程的大力推进及移动通信4G网络的大规模建设，对光收发模块的要求也越来越高，既要求数据传输容量和速率更大，又要求价格更便宜。使低成本的插拔式器件在光通信系统中成为电光转换部分的首选。小型化壳体封装的光发射次模块（TOSA，Transmitter Optical Subassembly）如何做成插拔式器件成为打开市场的关键，而如何把TOSA壳体内的激光精确耦合到壳体外的插口（Receptacle）成为关键技术。利用准直透镜将TOSA芯片发出的激光有效耦合并用激光焊接精确固定准直透镜，且保证焊接后的产品具备长期可靠性是该解决现有技术难题的关键所在。激光焊接速度快、熔深大、变形小，能在室温氮气保护条件下进行焊接，且能精确定位，焊接质量具有长期稳定性，因此采用激光焊接来解决固定TOSA准直透镜的问题具有显著优势，但现阶段的大部分厂商都采用粘胶工艺，存在长期可靠性较差的问题。

发明内容

    本实用新型的目的是提供一种实现小型化TOSA高精度焊接的两光束激光焊接系统，该系统具有可实现半自动化焊接、焊接精度高、体积小、稳定可靠的优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：应用于小型化TOSA的两光束激光焊接系统，焊接操作台固定在焊接桌面上，焊接操作台的左右两侧上方分别设置有左焊枪和右焊枪，左焊枪和右焊枪分别通过左焊枪微调台及右焊枪微调台固定在支撑架上；焊接操作台的正上方设置有透镜固定组件，透镜固定组件的上方设置有位置可调的CCD成像系统，焊接操作台的正后方设置有红外成像系统。

所述焊接操作台包括焊接台及微调台，焊接台与微调台通过螺栓固定。

所述左焊枪和右焊枪对称分布，且左焊枪、右焊枪与焊接平台所在的平面均成60°-64°角。

所述透镜固定组件包括U型夹和透镜夹持器。

所述CCD成像系统包括CCD微调台、CCD摄像机、调焦镜头、图像放大器、十字线发生器和监视器，CCD微调台固定在支撑架上，CCD微调台上固定安装有带调焦镜头的CCD摄像机，CCD摄像机的输出端依次连接图像放大器、十字线发生器及监视器。

所述红外成像系统包括红外接收器、红外接收器微调台及红外监视器，红外接收器与红外接收器微调台固定连接，红外接收器的输出端连接红外监视器。

本实用新型采用两光束激光对TOSA准直透镜进行焊接，两束激光的能量平衡差在3%以内，具有焊接速度快、熔深大及变形小的特点；本实用新型通过CCD成像系统及红外成像系统来精确监测焊点的位置，且系统中采用的焊接台，透镜夹持器，左、右焊枪及CCD成像系统的位置均可根据焊接要求进行精密调整，保证了激光焊接的焊接精度及可靠性，实现了TOSA芯片与准直透镜的激光半自动焊接，解决了TOSA的激光耦合技术的难题，在光通信领域具有显著的实用价值。

附图说明

图1为本实用新型的正面结构示意图；

图2为图1的Ⅰ处局部放大图；

图3为本实用新型中CCD成像系统的结构示意图；

图4为本实用新型中激光焊枪的结构示意图。

图中：1-焊接台，2-微调台，3-左焊枪，4-左焊枪微调台，5-右焊枪，6-右焊枪微调台，7-CCD微调台，8-CCD成像系统，9-红外接收器，10-红外接收器微调台，11-透镜固定组件，12-CCD，13-调焦镜头，14-图像放大器，15-十字线发生器，16-监视器，17-光纤，18-焊接桌面，19-支撑架。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明：

图1、2所示的应用于小型化TOSA的两光束激光焊接系统中，焊接操作台固定在焊接桌面18上，焊接操作台包括焊接台1及微调台2，焊接台1与微调台2通过螺栓固定。微调台2固定在焊接桌面18上，微调台2可进行X轴、Y轴和Z轴方向移动或旋转。待焊的TOSA芯片的基板放置于焊接台1上，焊接台1的左右两侧上方分别设置左焊枪3和右焊枪5，左焊枪3和右焊枪5分别固定在左焊枪微调台4及右焊枪微调台6上，并整体固定在支撑架19上。左焊枪3和右焊枪5对称分布，且左焊枪3、右焊接5枪与焊接台1所在的平面均成62°±2°角。焊接台1的正上方设置有透镜固定组件11，透镜组件11包括U型夹和透镜夹持器，透镜夹持器可对透镜进行X轴、Y轴和Z轴方向的精密调节。透镜固定组件11的上方设置有位置可调的CCD成像系统，焊接台的正后方设置有红外成像系统。红外成像系统包括红外接收器9、红外接收器微调台10及红外监视器，红外接收器9与红外接收器微调台10固定连接，红外接收器9的输出端连接红外监视器。

如图3所示，CCD成像系统包括CCD微调台7、CCD摄像机12、调焦镜头13、图像放大器14、十字线发生器15及监视器16。CCD微调台7固定在支撑架19上，CCD微调台7上固定安装有带调焦镜头13的CCD摄像机12，CCD摄像机12的输出端依次连接图像放大器14、十字线发生器15及监视器16。CCD成像系统可沿X轴、Y轴移动，监控TOSA芯片的位置。

如图4所示，激光焊枪包括左焊枪3和右焊枪5，左焊枪3和右焊枪5分别固定在焊接枪微调台上，可以沿X轴、Y轴、Z轴方向移动，左焊枪3和右焊枪5通过光纤17与提供焊接能量的激光发生器连接。激光发生器的激光波长为1.06μm，能量不稳定度≤±2%，单光纤最大输出能量≤8J，聚焦光斑直径≥0.5mm，两束光之间能量偏差≤±3%，激光聚焦物镜工作距离120mm，激光焊点熔深≤0.6mm，每根GI光纤长5m，纤芯直径为0.4mm，本系统中的激光发生器采用外循环水冷冷却系统，该系统具有水位、水压、水温控制报警功能。

采用本实用新型进行焊接的具体操作流程如下：

1.  按开机程序打开激光发生器，选择相应的激光焊接程序，对应的激光焊接参数也会在屏幕中相应位置显示，激光焊接参数可以根据要求调整。再开启焊接系统，装入校正样件，调节CCD调焦镜头、图像放大器及十字线发生器，使样件位于CCD监视器屏幕中的指定位置，此位置就是待焊TOSA芯片的基板在焊接台面上的位置。调节左焊枪微调台及右焊枪微调台，使激光瞄准十字线的中心点位于激光焊斑的正中央。给校正样件上电，调节红外接收器微调台，使准直透镜输出的激光的光斑在红外监视器屏幕的中央，至此机器校准完毕，处于正常工作状态。

2.  用镊子轻轻夹住TOSA芯片的基板，平稳的放置在焊接台上步骤1确定的指定位置，通过CCD成像系统的监视器观察TOSA芯片基板的位置，并沿X轴、Y轴方向调节焊接台微调台或旋转焊接台的微调台，使基板处于正确的焊接位置。按正确方向将装好U型夹的准直透镜装入透镜夹持器。调节透镜夹持器微调台，使透镜移到TOSA芯片出光口正前方，调整TOSA 芯片供电电极位置，准备给TOSA 芯片供电。在此过程中一定不能碰触到芯片，以免造成损坏。

3.  打开精密电流源给TOSA 芯片供电，通过红外监视器观察，从X轴、Y轴、Z轴方向精密调节透镜夹持器实现对准直透镜的微调，同时逐步降低精密电流源输出电流，一般调到10～30mA之间，对透镜夹持器进行X、Y、Z方向的微调，直至在红外监视器的中央得到最亮最小的椭圆形光斑。然后向下调节Z轴，使准直透镜的U型夹底部与TOSA芯片的基板紧密接触。

4.  通过CCD成像系统的监视器观察，沿X轴、Y轴方向调节左、右焊枪微调台，使CCD成像系统的激光瞄准十字线中心达到需要焊接的位置，踩脚踏开关控制激光发射，连续打两点，将准直透镜与TOSA 芯片基板焊接固定。然后通过显微镜初步检查激光焊点是否合格，以没有虚焊、鼓包、击穿、裂纹为判定合格的标准。然后向上微调准直透镜，使激光光斑位于红外监视器的中央。

5.  按焊接第2点转换开关，气缸将左、右焊枪送到U型夹与透镜的接缝处，再向上微调准直透镜，使激光光斑位于红外监视器的下部，踩脚踏开关控制激光发射，只发射1点，此时激光光斑返回到红外监视器的中间，以在红外监视器中能看到光斑作为评判焊接合格的标准。然后通过显微镜初步检查激光焊点是否合格，以没有虚焊、鼓包、击穿、裂纹为判定标准。

6.  将精密电流源输出电流调到70mA，推动光功率计的探测头，达到红外接收器前，通过光功率计读取最大值，并将此光功率值记录到TOSA芯片跟踪单上。

7.  按正确程序从焊接平台上小心取下TOSA芯片，轻轻放入专用存放铝盘，焊完10个后，将由质检人员依照透镜激光焊接检查标准详细检查激光焊接的质量。

本实用新型采用两束激光对TOSA准直透镜进行焊接，通过CCD成像系统及红外监测系统来精准确定准直透镜的位置，保证了激光焊接的焊接精度及可靠性，实现了TOSA芯片与准直透镜的激光半自动焊接，解决了TOSA的激光耦合技术的难题，在光通讯领域具有显著的实用价值。

Claims (6)

1.应用于小型化TOSA的两光束激光焊接系统，其特征在于：焊接操作台固定在焊接桌面上，焊接操作台的左右两侧上方分别设置有左焊枪和右焊枪，左焊枪和右焊枪分别通过左焊枪微调台及右焊枪微调台固定在支撑架上；焊接操作台的正上方设置有透镜固定组件，透镜固定组件的上方设置有位置可调的CCD成像系统，焊接操作台的正后方设置有红外成像系统。

2.根据权利要求1所述的应用于小型化TOSA的两光束激光焊接系统，其特征在于：所述焊接操作台包括焊接台及微调台，焊接台与微调台通过螺栓固定。

3.根据权利要求1所述的应用于小型化TOSA的两光束激光焊接系统，其特征在于：所述左焊枪和右焊枪对称分布，且左焊枪、右焊枪与焊接平台所在的平面均成60°-64°角。

4.根据权利要求1所述的应用于小型化TOSA的两光束激光焊接系统，其特征在于：所述透镜固定组件包括U型夹和透镜夹持器。

5.根据权利要求1所述的应用于小型化TOSA的两光束激光焊接系统，其特征在于：所述CCD成像系统包括CCD微调台、CCD摄像机、调焦镜头、图像放大器、十字线发生器和监视器，CCD微调台固定在支撑架上，CCD微调台上固定安装有带调焦镜头的CCD摄像机，CCD摄像机的输出端依次连接图像放大器、十字线发生器及监视器。

6.根据权利要求1所述的应用于小型化TOSA的两光束激光焊接系统，其特征在于：所述红外成像系统包括红外接收器、红外接收器微调台及红外监视器，红外接收器与红外接收器微调台固定连接，红外接收器的输出端连接红外监视器。