CN211554373U

CN211554373U - 阵列波导光栅加工设备

Info

Publication number: CN211554373U
Application number: CN202020615505.XU
Authority: CN
Inventors: 钱福琦; 舒雄
Original assignee: Shenzhen Pengda Optoelectronic Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Pengda Optoelectronic Technology Co ltd
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2020-04-22
Publication date: 2020-09-22
Anticipated expiration: 2030-04-22

Abstract

本实用新型提供一种阵列波导光栅加工设备，其中，设备包括机架、工作台、影像采集机构、阵列波导光栅第一器件上料机构、阵列波导光栅第二器件调整机构；工作台安装于机架，且工作台底部设有工控机；第一器件上料机构包括安装于工作台并与工控机电性连接的驱动气缸及安装于驱动气缸的第一物料夹具；第二器件调整机构包括安装于工作台并与工控机电性连接的六轴运动机构及安装于六轴运动机构的第二物料夹具；影像采集机构包括与工控机电性连接的第一工业相机和第二工业相机，第一工业相机位于工作台正上方，第二工业相机位于工作台的侧上方，用以俯视和侧视采集第一器件和第二器件对准时图形信息，有效便于用户进行观测。

Description

阵列波导光栅加工设备

技术领域

本实用新型涉及阵列波导光栅加工技术领域，尤其提供一种阵列波导光栅加工设备。

背景技术

阵列波导光栅(AWG,Arrayed Waveguide Grating)是光通信中的一种常用器件，主要功能是实现光纤通信中的波分复用，增加信道容量，在光通信中，光波的波分复用和解复用必须由AWG器件来辅助实现，另外，AWG具有滤波特性和多功能性，可获得大量的波长和信道数，实现数十个至几百个波长的复用和解复用。利用N×N的矩阵形式在N个波长上可同时传输N路不同的光信号，并能灵活地与其它光器件构成多功能器件和模块。因此在光纤传导过程中大量应用此类器件，随着5G通信技术的成熟及快速的商用布局，使得AWG器件的市场需求日益增加。

目前在AWG器件的生产流程中，主要以人工手动组装和检测为主，其中最关键的一个环节就是人工对准，将光芯片与光纤零部件组装在一起，由于器件上的光路十分细小，肉眼无法识别，因些，组装过程要依赖于光学放大系统才能观察到，操作时间长，稳定性低，而且长时间作业，员工易出现视觉疲劳，不利于工厂大规模生产。

为此实用新型一种阵列波导光栅(AWG)设备，该实用新型主要解决AWG器件在生产组装过程中对准的难题，通过自动化的方式代替人工重复性劳动，稳定性高，使AWG器件生产适合工业化大规模生产，同时便于用户观察到AWG器件对准的过程。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种阵列波导光栅加工设备，旨在便于用户观测对准过程。

为实现上述目的，本实用新型提供一种阵列波导光栅加工设备，其特征在于，包括机架、工作台、影像采集机构、阵列波导光栅第一器件上料机构、阵列波导光栅第二器件调整机构；

所述工作台安装于所述机架，且所述工作台底部设有工控机；

所述阵列波导光栅第一器件上料机构包括安装于工作台并与所述工控机电性连接的驱动气缸及安装于所述驱动气缸的第一物料夹具；所述第一物料夹具用以供阵列波导光栅第一器件安装；

所述阵列波导光栅第二器件调整机构包括安装于工作台并与所述工控机电性连接的六轴运动机构及安装于所述六轴运动机构的第二物料夹具；

所述影像采集机构包括与所述工控机电性连接的第一工业相机和第二工业相机，所述第一工业相机位于工作台正上方用以俯视采集阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件对准时的影像，所述第二工业相机位于工作台的侧上方，用以侧视采集所述阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件对准时的影像；

所述工控机包括控制机箱和显示平台，所述控制机箱用以获取信息，并驱控所述驱动气缸和所述六轴运动机构相应运转；

所述显示平台用以显示所述第一工业相机和所述第二工业相机传输至工控机的影像。

可选地，影像采集机构还包括与工控机电性连接的驱动电机及安装于所述驱动电机的驱动轴，所述第一工业相机和所述第二工业相机均安装于所述驱动轴；

所述工控机控制所述驱动电机带动所述驱动轴运转时，所述第一工业相机和所述第二工业相机同步移动。

可选地，驱动轴为安装于所述驱动电机的丝杠，所述影像采集机构还包括转动安装于所述丝杠的影像采集支架，所述影像采集支架一端延伸至阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件对准时的正上方，用以供第一工业相机安装，所述影像采集支架的另一端延伸至阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件对准时的侧方，用以供第二工业相机安装。

可选地，工控机还电性连接有接触感应器，所述接触感应器用以检测阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件两者的待加工面是否接触，并将检测信号传输至工控机；

阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件两者的待加工面接触时，工控机驱控所述驱动气缸和所述六轴运动机构两者之一移动，以使阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件两者的待加工面分离。

可选地，阵列波导光栅第一器件包括光波导芯片，所述波导光栅第二器件包括安装于所述光波导芯片输入端的输入光纤，和安装于光波导芯片输出端的输出光纤；所述输入光纤远离光波导芯片的一端与光源相连；

所述工控机还电性连接有光照强度测量仪；所述光照强度测量仪用以测量输出光纤远离所述光波导芯片的一端的光照强度，并将光照强度信息传输至工控机。

可选地，六轴运动机构从下至上依次是水平Z轴运动平台、水平X轴运动平台、水平Y轴运动平台、旋转Z轴运动平台、旋转X轴运动平台、旋转Y轴运动平台。

可选地，第二物料夹具固定安装于所述旋转Y轴运动平台。

可选地，阵列波导光栅设备还包括UV固化装置，用以将所述阵列波导光栅第一器件和所述阵列波导光栅第二器件之间通过UV胶固化连接。

可选地，UV固化装置为紫外线灯，所述紫外线灯与所述工控机电性连接，且安装于所述影像采集机构，用以对所述阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件对准的位置进行照射。

可选地，工控机还包括与控制机箱电性连接的控制平台，所述控制平台用以供用户输入控制指令。

本实用新型通过采用第一工业相机和第二工业相机分别采集阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件对准时俯视和侧视影像信息，再通过显示平台进行显示，同时，可通过调节第一工业相机和第二工业相机焦距放大观测对准状态，有效便于用户观测，同时，通过工控机控制驱动气缸和六轴运动机构带动第一物料夹具和第二物料夹具，有效便于用户操作。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中阵列波导光栅加工设备的立体示意图；

图2为本实用新型实施例中阵列波导光栅自动对准加工方法的流程示意图；

图3为本实用新型实施例阵列波导光栅自动对准加工方法中步骤四和步骤五同步实施步骤A的流程示意图；

图4为本实用新型阵列波导光栅自动对准加工设备中工控机的模块连接示意图；

图5为本实用新型实施例中工控机的运行流程示意图。

其中，图中各附图标记：

100-阵列波导光栅加工设备；10-机架；30-工作台；31-工控机；311-控制机箱；312-显示平台；50-影像采集机构；51-第一工业相机；52-第二工业相机；53-UV固化装置；54-影像采集支架；55-滑轨；70-阵列波导光栅第一器件上料机构；71-驱动气缸；72-第一物料夹具；90-阵列波导光栅第二器件调整机构；91-六轴运动机构；92-第二物料夹具。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参照图1，本实用新型提供一种阵列波导光栅加工设备100，包括机架10、工作台30、影像采集机构50、阵列波导光栅第一器件上料机构70、阵列波导光栅第二器件调整机构90；所述工作台30安装于所述机架10，且所述工作台30底部设有工控机31；所述阵列波导光栅第一器件上料机构70包括安装于工作台30并与所述工控机31电性连接的驱动气缸71及安装于所述驱动气缸71的第一物料夹具72；所述第一物料夹具72用以供阵列波导光栅第一器件安装；所述阵列波导光栅第二器件调整机构90包括安装于工作台30并与所述工控机31电性连接的六轴运动机构91及安装于所述六轴运动机构91的第二物料夹具92；所述影像采集机构50包括与所述工控机31电性连接的第一工业相机51和第二工业相机52，所述第一工业相机51位于工作台30正上方用以俯视采集阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件对准时的影像，所述第二工业相机52位于工作台30的侧上方，用以侧视采集所述阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件对准时的影像；所述工控机31包括控制机箱311和显示平台312，所述控制机箱311还连接有操控平台，所述操控平台为键盘，鼠标或带有按键的控制器，用以获取用户输入指令；所述控制机箱311用于获取信息，并驱控所述驱动气缸71和所述六轴运动机构91相应运转；所述显示平台312为显示屏，用以显示所述第一工业相机51和所述第二工业相机52传输至工控机31的影像。

本实用新型通过采用第一工业相机51和第二工业相机52分别采集阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件对准时俯视和侧视影像信息，再通过显示平台312进行显示，同时，可通过调节第一工业相机51和第二工业相机52焦距放大观测对准状态，有效便于用户观测，同时，通过工控机31控制驱动气缸71和六轴运动机构91带动第一物料夹具72和第二物料夹具92，以有效便于用户操作。

具体地，如图1所示，影像采集机构50还包括与工控机31电性连接的驱动电机及安装于所述驱动电机的驱动轴，所述第一工业相机51和所述第二工业相机52均安装于一影像采集支架54，所述影像采集支架54一端与所述驱动轴连接，另一端滑动安装于一滑轨55；所述工控机31控制所述驱动电机带动所述驱动轴运转时，所述采集支架沿所述滑轨55滑动，以使所述第一工业相机51和所述第二工业相机52同步移动。此处，所述驱动电机和驱动轴可为丝杆机构进行传动，通过将第一工业相机51和第二工业相机52安装于同一驱动轴，当工控机31驱动所述驱动电机带动所述驱动轴运转时，所述第一工业相机51和所述第二工业相机52同步进行移动，有效便于图像调整，避免两工业相机调整时具有时间差，导致观测影像不对应的情况产生。

具体地，工控机31还电性连接有接触感应器(未图示)，所述接触感应器为常规物理接触传感器，如压力传感器，通过检查第一物料夹具72和第二物料夹具92用以检测阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件两者的待加工面是否接触，并将检测信号传输至工控机31；

阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件两者的待加工面接触时，工控机31驱控所述驱动气缸71和所述六轴运动机构91两者之一移动，以使阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件两者的待加工面分离，从而防止光纤与波导芯片两者之间硬接触损伤导致产品不良的情况产生。

进一步地，所述阵列波导光栅第一器件包括光波导芯片，所述光波导芯片为1×N型平面光波导分路器芯片，内具有光栅功能，当光通过这个芯片后，会将组合波长中的1271,1291,1311,1331光谱分开。所述波导光栅第二器件包括安装于所述光波导芯片输入端的输入光纤，和安装于光波导芯片输出端的输出光纤；所述输入光纤远离光波导芯片的一端与光源相连；

所述工控机31还电性连接有光照强度测量仪；所述光照强度测量仪用以测量输出光纤远离所述光波导芯片的一端的光照强度，并将光照强度信息传输至工控机31。所述光照强度测量仪型号为PM2006，其检测探头接收到光照时，分析光照强度。工作时，当六轴运动机构91带动光纤移动时，从输出光纤输出的光照强度产生变化。所述光照强度测量仪检测其光照强度，并将光照强度信息传输至工控机31，同时，工控机31记录对应的位置关系，从而通过光照强度的增强或削弱，判断朝向所述光波导芯片移动还是远离。

工控机31通过分析选出光照强度最大值，并驱动六轴运动机构91将第二物料夹具92移动至相应位置完成自动对准。无需人工手动操控显示平台312，进一步便于用户操控，同时，提升产品精度。

具体地，六轴运动机构91从下至上依次是水平Z轴运动平台、水平X轴运动平台、水平Y轴运动平台、旋转Z轴运动平台、旋转X轴运动平台、旋转Y轴运动平台。

具体地，六轴运动机构91从下至上依次是水平Z轴运动平台、水平X轴运动平台、水平Y轴运动平台、旋转Z轴运动平台、旋转X轴运动平台、旋转Y轴运动平台，第二物料夹具92固定安装于所述旋转Y轴运动平台。

所述水平X\Y\Z轴运动平台为SourceAuto品牌的A23-60R运动平台；其运动精度为50nm

所述旋转X\Y\Z轴运动平台为SourceAuto品牌的A23-60R运动平台；其旋转精度为0.5度。通过六轴运动平台，实现驱动所述第二物料夹具92在XYZ轴方向移动或转动。可以理解的是，在实际应用过程中，所述六轴运动机构91不仅限于上述实施例中采用SourceAuto品牌的A23-60R运动平台，采用其他公司的六轴运动机构91实现上述目的的方式也属于本实用新型保护范围之内。

具体地，阵列波导光栅设备还包括UV固化装置53，用以将所述阵列波导光栅第一器件和所述阵列波导光栅第二器件之间用UV胶固定，进而完成阵列波导光栅加工。具体地，所述UV固化装置53为紫外线灯，所述紫外线灯安装于所述影像采集支架54，且位于第二工业相机52上方，从上端斜向下对应所述第二工业相机52图形采集方向，用以照射第一器件和第二器件，以加速UV胶固化，通过将紫外线灯安装于所述影像采集支架，以使所述紫外线灯可随影像采集支架的移动而移动，进而对应照射实现固化，有效防止将紫外线灯固定安装于工作台，导致需要手动调节，不便于操作的现象产生。

具体地，如图4所示，在本实用新型实施例中，所述控制机箱311内的控制系统包括数据采集模块、运动控制模块及端口驱动模块，所述数据采集模块的信号输入端与所述影像采集机构50和光照强度测量仪连接，用以获取两者采集的数据信息；

所述运动控制模块主要处理电机运行数据，控制系统会根据当前的运行状态，并根据采集的信息向运动控制模块发送信号，该运动控制模块经内部数据转换为电机驱动信号，并通过内部控制芯片将信号放大后由相应的电机，如六轴运动机构91、安装有第一物料夹具72的驱动气缸71或安装有影响采集机构的驱动电机执行相应动作。

所述端口驱动模块主要负责处理系统的输入和输出信号，当外部的接触感应器接收到信号后，会先传输至端口驱动模块，由端口驱动模块将信号处理后发送到控制芯片上，同理，当控制机箱311内部要输出一个信号时，由端口驱动模块将信号放大后，相应的器件，例如，UV固化装置53才会执行动作。

如图2所示，根据本实施例提供的阵列波导光栅设备进行阵列波导光栅自动对准加工方法，包括以下步骤，

步骤一、将阵列波导光栅第一器件的光波导芯片安装于第一物料夹具72，将阵列波导光栅第二器件的输入光纤和输出光纤安装于第二物料夹具92，且将所述输入光纤远离所述光波导芯片的一端与光源连接；

步骤二、工控机31驱动驱动气缸71和六轴运动机构91分别将第一物料夹具72和第二物料夹具92移动至用户预设的待加工位置；

步骤三、工控机31驱动所述第一工业相机51和第二工业相机52移动至预设位置，并实时采集所述阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件对准时影像信息，并将信息传输至工控机31，所述工控机31将接收的影像信息传输至显示平台312显示；

步骤四、工控机31驱动六轴运动机构91的旋转X轴平台沿预设范围值内进行转动，例如，在正转或反转2°或3°，并通过光照强度测量仪实时获取输出光纤远离所述光波导芯片的光照强度变化信息，同时记录相应X轴位置信息，并将光照强度信息和对应的位置信息传输至工控机31，所述工控机31根据光照强度信息变化值，判断转动过程中是对准还是偏位，进而抓取光照强度最大值，驱动所述X轴平台运动至光照强度最大值对应的X轴位置，以此实现X轴方向上的角度对准；

步骤五、工控机31驱动六轴运动机构91的旋转Y轴平台沿预设范围值内进行转动，在正转或反转2°或3°，并通过光照强度测量仪实时获取输出光纤远离所述光波导芯片的光照强度变化信息，同时记录相应Y轴位置信息，并将光照强度信息和对应的位置信息传输至工控机31，所述工控机31抓取光照强度最大值，驱动所述Y轴平台运动至光照强度最大值对应的Y轴位置，以此实现Y轴方向上的角度对准；

步骤六、所述工控机31获取所述阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件X轴和Y轴方向对准信息后，驱控所述UV固化装置53以将所述阵列波导光栅第一器件和所述阵列波导光栅第二器件之间通过UV胶固定连接。

具体地，如图3所示，实施步骤四和步骤五时，还同步实施步骤A，所述步骤A具体包括：

工控机31驱控所述接触感应器实时监控阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件两者的待加工面是否接触；

若阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件两者的待加工面接触，则驱动驱动气缸71和六轴运动机构91两者之一移动，以将阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件两者的待加工面分离。

具体地，如图2并结合图5所示，步骤六之后，还包括步骤七，所述步骤七包括：所述光照强度测量仪采集从所述输出光纤输出的光照强度信息，并与预设的标准值进行比对，若采集的光照强度信息高于所述预设的标准值，则判定为合格产品；若低于预设的标准值，则判定为不良品，并将判定结果于显示平台312进行显示。

进一步地，本实用新型还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种阵列波导光栅自动对准加工方法。所述方法包括以下步骤，

步骤四、工控机31驱动六轴运动机构91的旋转X轴平台沿预设范围值内进行转动，例如，在正转或反转2°或3°，并通过光照强度测量仪实时获取输出光纤远离所述光波导芯片的光照强度变化信息，同时记录相应X轴位置信息，并将光照强度信息和对应的位置信息传输至工控机31，所述工控机31抓取光照强度最大值，驱动所述X轴平台运动至光照强度最大值对应的X轴位置，以此实现X轴方向上的角度对准；

本实用新型通过采用第一工业相机51和第二工业相机52分别采集阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件对准时俯视和侧视影像信息，再通过显示平台312进行显示，同时，可通过调节第一工业相机51和第二工业相机52焦距放大观测对准状态，有效便于用户观测，同时，通过工控机31控制驱动气缸71和六轴运动机构91带动第一物料夹具72和第二物料夹具92，以实现自动对准，有效便于用户操作。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种阵列波导光栅加工设备，其特征在于，包括机架、工作台、影像采集机构、阵列波导光栅第一器件上料机构、阵列波导光栅第二器件调整机构；

2.如权利要求1所述的阵列波导光栅加工设备，其特征在于，所述影像采集机构还包括与工控机电性连接的驱动电机及安装于所述驱动电机的驱动轴，所述第一工业相机和所述第二工业相机均安装于所述驱动轴；

3.如权利要求2所述的阵列波导光栅加工设备，其特征在于，所述驱动轴为安装于所述驱动电机的丝杠，所述影像采集机构还包括转动安装于所述丝杠的影像采集支架，所述影像采集支架一端延伸至阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件对准时的正上方，用以供第一工业相机安装，所述影像采集支架的另一端延伸至阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件对准时的侧方，用以供第二工业相机安装。

4.如权利要求1所述的阵列波导光栅加工设备，其特征在于，所述工控机还电性连接有接触感应器，所述接触感应器用以检测阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件两者的待加工面是否接触，并将检测信号传输至工控机；

5.如权利要求1所述的阵列波导光栅加工设备，其特征在于，所述阵列波导光栅第一器件包括光波导芯片，所述波导光栅第二器件包括安装于所述光波导芯片输入端的输入光纤，和安装于光波导芯片输出端的输出光纤；所述输入光纤远离光波导芯片的一端与光源相连；

6.如权利要求1所述的阵列波导光栅加工设备，其特征在于，所述六轴运动机构从下至上依次是水平Z轴运动平台、水平X轴运动平台、水平Y轴运动平台、旋转Z轴运动平台、旋转X轴运动平台、旋转Y轴运动平台。

7.如权利要求6所述的阵列波导光栅加工设备，其特征在于，所述第二物料夹具固定安装于所述旋转Y轴运动平台。

8.如权利要求1所述的阵列波导光栅加工设备，其特征在于，所述阵列波导光栅设备还包括UV固化装置，用以将所述阵列波导光栅第一器件和所述阵列波导光栅第二器件之间通过UV胶固化连接。

9.如权利要求8所述的阵列波导光栅加工设备，其特征在于，所述UV固化装置为紫外线灯，所述紫外线灯与所述工控机电性连接，且安装于所述影像采集机构，用以对所述阵列波导光栅第一器件和阵列波导光栅第二器件对准的位置进行照射。

10.如权利要求1所述的阵列波导光栅加工设备，其特征在于，所述工控机还包括与控制机箱电性连接的控制平台，所述控制平台用以供用户输入控制指令。