CN217425740U - 一种手动无源耦合系统装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种手动无源耦合系统装置，包括显微镜固定调节机构、透镜吸取固定机构、UV固化光源调节机构和PCBA耦合调节机构；其中，PCBA耦合调节机构具有用于PCBA板定位放置的治具座，治具座被配置为能沿着X轴、Y轴和Z轴移动且同时可以绕Z轴摆动角度；透镜吸取固定机构包括设置在治具座正上方的吸嘴块，吸嘴块通过吸头与真空泵连通；吸嘴块被配置为能沿Z轴上下移动；UV固化光源调节机构包括固化光源，固化光源被配置为能沿X轴向移动使得治具座中的PCBA板位于光照范围内；显微镜固定调节机构包括显微镜，显微镜被配置为能沿着X轴、Y轴和Z轴移动。本装置能够直接观察到PCBA板芯片与透镜中心点重合状态，可以随时调整，产品可靠性高。

Description

一种手动无源耦合系统装置

技术领域

本实用新型涉及无源系统耦合领域，具体为一种手动无源耦合系统装置。

背景技术

光耦合作业是把激光器发射点(或发光芯片)与透镜的导光面精密对接起来，以使光缆中传输的光能量能最大限度地耦合到接收光纤或光电感应器中去，并使其接入光链路时对系统造成的影响减到最小的过程。

而光耦合作业分为有源耦合和无源耦合两种方案：

①有源耦合通过电流表、光功率计测量接收器或光纤传递出的能量值识别对芯情况，通过多维度调节实现对芯。因为需要对各种识别器件(如电流表、光功率计测量接收器或光纤)供电并实时读取输出参数，整个实现过程较为复杂，效率极低且设备复杂，通用性差。

②无源耦合通过显微镜放大观察透镜与激光器发射点(或发光芯片)中心的对准情况，通过多维度微调实现对芯耦合。

但目前无源耦合方案实际上是采用类似表面贴装工艺的光电器件，配合视觉定位系统来自动定位对芯，最终完成对芯耦合；但是在具体使用中发现，这样的无源耦合方案受限于定位系统和光照条件的精度条件，存在任何的干扰因素都将会导致产品成功率和产品可靠性降低；同时目前的无缘耦合方案对于企业成本而言，也是巨大的之处负担。

因此，我们提出是否存在能够将有源耦合和无源耦合方案进行结合的手动调节方式，使得最终的耦合系统兼具有源耦合的可靠性和无源耦合的高效性。

实用新型内容

对于现有技术中存在的问题，本实用新型就提出了一种新的技术方案，即一种手动无源耦合系统装置，能够通过多维度机械调节来直接观察到发光芯片与透镜的中心点对芯状态，保证产品的可靠性。

本实用新型提出的具体方案如下：

一种手动无源耦合系统装置，包括显微镜固定调节机构、透镜吸取固定机构、UV固化光源调节机构和PCBA耦合调节机构；其中，

所述PCBA耦合调节机构具有用于PCBA板定位放置的治具座，所述治具座被配置为能沿着X轴、Y轴和Z轴移动且同时可以绕Z轴摆动角度；

所述透镜吸取固定机构包括设置在所述治具座正上方的吸嘴块，所述吸嘴块通过吸头与真空泵连通；所述吸嘴块用于吸取透镜，并被配置为能沿Z轴上下移动；

所述UV固化光源调节机构包括固化光源，所述固化光源被配置为能沿X轴向移动使得所述治具座中的PCBA板位于光照范围内；

所述显微镜固定调节机构包括显微镜，所述显微镜被配置为能沿着X轴、Y轴和Z轴移动使得所述显微镜的光轴对准所述透镜的透光孔。

进一步的，所述治具座包括

固定板；

立柱，与所述固定板垂直固定并向上延伸；所述立柱的上端面处开设有PCBA板定位放置的边槽口；和

盖板，与所述立柱的上端面可拆卸的固定；所述盖板的中部位置设有避空口，所述透镜通过这里的避空口与所述PCBA板配合。

进一步的，所述盖板上还具有限位台阶；所述PCBA板上具有接口端，该接口端处于所述边槽口外部；所述限位台阶被配置为限制所述接口端。

进一步的，所述PCBA耦合调节机构还包括第一多轴位移台，所述第一多轴位移台的上端面固定有转动调节器，所述固定板与所述转动调节器固定。

进一步的，所述透镜吸取固定机构还包括

第一基座；

第一燕尾滑台，固定在第一基座上；所述第一燕尾滑台被配置为沿Z轴上下滑动；和

第一支架，与所述第一燕尾滑台固定连接；所述第一支架的远端设有用于安装所述吸嘴块的贯通槽，所述第一支架的侧边还设有螺纹孔，所述螺纹孔与所述贯通槽相连通；在所述螺纹孔中安装有用于抵紧吸嘴块的紧固螺栓。

进一步的，所述UV固化光源调节机构还包括

第二燕尾滑台，所述第二燕尾滑台被配置为沿X轴来回滑动；和

第二支架，固定在所述第二燕尾滑台上；

所述固化光源至少设置两个且均固定在所述第二支架上；两个所述固化光源对向倾斜设置，使得所述PCBA板处于光照覆盖范围内。

进一步的，所述显微镜固定调节机构还包括

第三多轴位移台；所述第三多轴位移台上固定有第三燕尾滑台，所述第三燕尾滑台被配置为沿Z轴上下滑动；

转接板，与所述第三燕尾滑台固定；

第三支架，与所述转接板固定连接；所述第三支架具有扣接部，所述显微镜通过所述扣接部固定在所述第三支架上；所述显微镜的传输端口与显示器连接。

进一步的，还包括平台板和多个连接块；

所述平台板上阵列设置有多个螺纹孔；

所述连接块分别与所述显微镜固定调节机构、透镜吸取固定机构、UV固化光源调节机构和PCBA耦合调节机构一一对应设置；每个所述连接块上设置有条形孔，所述条形孔与螺纹孔对位后利用锁紧螺栓将所述显微镜固定调节机构、透镜吸取固定机构、UV固化光源调节机构和PCBA耦合调节机构固定在所述平台板上。

进一步的，所述平台板上的螺纹孔还可以被替换成T型槽，所述T型槽在所述平台板上阵列，每个所述T型槽中内置有多个T形螺母；利用锁紧螺栓与所述T形螺母的旋合以将所述显微镜固定调节机构、透镜吸取固定机构、UV固化光源调节机构和PCBA耦合调节机构固定在所述平台板上。

采用本技术方案所达到的有益效果为：

1、采用治具座的方式将更换方便，维护简单。

2、能够直接观察到PCBA板芯片与透镜中心点重合状态，可以随时调整，产品可靠性高。

3、PCBA板芯片无需点亮发光即可耦合，设备简单且通用性强。

4、兼具有源耦合的可靠性和无源耦合的高效性。

附图说明

图1为本方案的无源耦合系统装置整体图。

图2为无源耦合系统装置的立体结构图。

图3为PCBA耦合调节机构的立体结构图。

图4为治具座的立体结构图。

图5为治具座的分体结构图。

图6为透镜吸取固定机构立体结构图。

图7为吸嘴块与第一支架的结构图。

图8为UV固化光源调节机构的立体结构图。

图9为显微镜固定调节机构立体图。

图10为透镜与PCBA板芯片的耦合原理示意图。

图11为本方案的无源耦合系统原理示意图。

其中：11治具座、12第一多轴位移台、13转动调节器、21吸嘴块、22第一基座、23第一燕尾滑台、24第一支架、31固化光源、32第二燕尾滑台、33第二支架、41显微镜、42第三多轴位移台、43第三燕尾滑台、44转接板、45第三支架、101平台板、102连接块、111固定板、112立柱、113盖板。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

本实施例提供了一种手动无源耦合系统装置，本装置中整合了传统有源耦合系统和无源耦合系统的特性，通过手动调整，在PCBA板的芯片不需要发光的情况下也可以完成对芯耦合，提升装置的通用性和可靠性。

具体的，参见图1－图2，本方案提供的无源耦合系统装置包括显微镜固定调节机构、透镜吸取固定机构、UV固化光源调节机构和PCBA耦合调节机构。其中，PCBA耦合调节机构具有用于PCBA板定位放置的治具座11，即这里的治具座11主要方便于PCBA板能够稳定放置，同时治具座11被配置为能沿着X轴、Y轴和Z轴移动且同时可以绕Z轴摆动角度。这样设置的治具座11能够根据现场的实际情况进行调整，使得PCBA板与透镜的对芯定位操作更加容易完成。

这里的透镜在本方案中由透镜吸取固定机构进行吸取逐渐靠近PCBA板，具体的，在透镜吸取固定机构中包括吸嘴块21，吸嘴块21设置在治具座11的正上方，吸嘴块21通过吸头与真空泵(未画出)连通；这里的吸嘴块21用于吸取透镜，同时吸嘴块21被配置为能沿Z轴上下移动，这样吸嘴块21吸取透镜逐渐向着PCBA板的方向下行移动，直至PCBA板中的芯片与透镜底部的光学接收点对准重合。

在PCBA板中的芯片与透镜底部的光学接收点对准重合后，在相互贴合的位置处点上UV胶，然后移动UV固化光源调节机构，使得UV固化光源调节机构中的固化光源31对准点胶位置使UV胶固化。

具体的，UV固化光源调节机构包括固化光源31，固化光源31被配置为能沿X轴向移动使得治具座11中的PCBA板位于光照范围内；这样在透镜与PCBA板对准重合后，进行点胶操作，移动这里的固化光源31对点胶位置进行照射固化。

显微镜固定调节机构包括显微镜41，显微镜41被配置为能沿着X轴、Y轴和Z轴移动使得显微镜41的光轴对准透镜的透光孔。可以理解为，透镜与PCBA板能够完成对准重合操作，主要靠这里的显微镜的观察，显微镜41的连接端口与显示器进行连接，显微镜41的镜头对准透镜的透光孔，控制吸嘴块21下行靠近PCBA板逐渐重合，直至在显示器(电脑屏幕)上得到清晰的投影画面，此时透镜与PCBA板完成对芯校准。

简单归纳操作步骤位：

①首先将PCBA板定位放置在治具座11中；

②随后将把透镜放入吸嘴块21中，在真空负压环境下吸稳固定；

③调整显微镜41固定调节机构，把显微镜41的镜头对准透镜的透光孔，直至在显示器上得到清晰的画面；

④随调整吸嘴块21，使透镜逐渐往下压，直到显示器屏幕上出现PCBA板的芯片影像；

⑤将透镜压到底后，调整治具座11方位，直到芯片位置与透镜中点重合；

这里的重合具体是指芯片发出的垂直光线通过光学透镜底部的光学接收点聚集后由45°反射转变为水平方向的光线，然后再通过端面上光学接收点二次聚焦后进入光纤进行传输。

光耦合的目的就是通过精准对位，将芯片的发光点与光学透镜底部的光学接收点中心对准。

⑥确认中点重合后，在透镜两侧点UV胶，移动固化光源31对准点胶位置，完成固化。

为了便于深入理解本方案，下面对各个部件的具体结构做详细地介绍。

本方案中，参见图3－图5，治具座11包括固定板111、立柱112和盖板113；其中立柱112与固定板111垂直固定并向上延伸；在立柱112的上端面处开设有PCBA板定位放置的边槽口；盖板113主要用于遮盖限制放置的PCBA板，盖板113与立柱112的上端面可拆卸的固定；同时在盖板113的中部位置设有避空口，透镜在下行靠近时将通过这里的避空口与PCBA板配合。

可选的，在盖板113上还具有限位台阶；PCBA板上具有接口端(在本方案的附图中为Tp-c接口)，该接口端处于边槽口外部；利用盖板113上的限位台阶被配置为限制接口端，使得PCBA板能够稳定地处于边槽口中。

这里的治具座11能够进行多方位的调节，主要通过多轴位移台等组件实现，即本方案中PCBA耦合调节机构还包括第一多轴位移台12，在第一多轴位移台12的上端面固定有转动调节器13，固定板111(即治具座11)与转动调节器13固定。第一多轴位移台12能够实现沿着X轴、Y轴和Z轴移动，转动调节器13实现绕Z轴摆动角度。

本方案中，参见图6－图7，透镜吸取固定机构还包括第一基座22、第一燕尾滑台23和第一支架24；其中第一燕尾滑台23固定在第一基座22上，并且第一燕尾滑台23被配置为沿Z轴上下滑动；第一支架24与第一燕尾滑台23固定连接；这里的第一支架24用于吸嘴块21的安装，即在第一支架24的远端设有用于安装吸嘴块21的贯通槽，第一支架24的侧边还设有螺纹孔，螺纹孔与贯通槽相连通；在螺纹孔中安装有用于抵紧吸嘴块21的紧固螺栓；可以理解为，在将吸嘴块21安装在这里的贯通槽后，通过调节第一燕尾滑台23就可以使得吸嘴块21沿着Z轴上下滑动。

本方案中，参见图8，UV固化光源调节机构还包括第二燕尾滑台32和第二支架33；这里的第二燕尾滑台32被配置为沿X轴来回滑动；第二支架33固定在第二燕尾滑台32上；上文提及的固化光源31至少设置两个且均固定在第二支架33上；两个固化光源31对向倾斜设置，使得PCBA板刚好处于两个固化光源31的光照覆盖范围内。

本方案中，参见图9，显微镜固定调节机构还包括第三多轴位移台42；在第三多轴位移台42上固定有第三燕尾滑台43，这里的第三燕尾滑台43被配置为沿Z轴上下滑动；在第三燕尾滑台43上固定了转接板44，

转接板44上固定第三支架45；这里的第三支架45用于显微镜41的安装，具体的，在第三支架45中具有扣接部，显微镜41通过扣接部固定在第三支架45上。

需要说明是，因为本方案中的PCBA板上的芯片不发光，所以这里选用的显微镜41是带有同轴光源的显微镜，这里结合显微镜来阐述一下耦合的原理。

耦合工作原理：参见图10－图11，在光纤工作方向上放置一个远心显微镜，将镜头的视野对准光学透镜的工作端面。显微镜镜头内部有平行于镜头光学轴心的同轴光源，耦合时光学透镜固定不动，镜头射出的光源通过光学透镜折射到芯片上方，芯片对接收的光源反射，反射回来的可见光即可通过光学透镜再折射回显微镜内形成可见的图像。

此处采用的显微镜带有足够的景深远心镜头，确保芯片表面反射光线清晰成像的同时，光学透镜端面也可以清晰成像。通过移动芯片位置，使光学透镜端面收光点和芯片发光点二者所成图像的圆形轮廓圆心重叠，即完成耦合过程。

可选的，为了保证显微镜固定调节机构、透镜吸取固定机构、UV固化光源调节机构和PCBA耦合调节机构连接的稳定，装置提供了平台板101和多个连接块102；在平台板101上阵列设置有多个螺纹孔；连接块102分别与显微镜固定调节机构、透镜吸取固定机构、UV固化光源调节机构和PCBA耦合调节机构一一对应设置；并且每个连接块102上设置有条形孔，条形孔与螺纹孔对位后利用锁紧螺栓就可将显微镜固定调节机构、透镜吸取固定机构、UV固化光源调节机构和PCBA耦合调节机构固定在平台板101上。

另一种方案，在平台板101上的螺纹孔还可以被替换成T型槽(未画出)，T型槽在平台板101上阵列，每个T型槽中内置有多个T形螺母；利用锁紧螺栓与T形螺母的旋合以将显微镜固定调节机构、透镜吸取固定机构、UV固化光源调节机构和PCBA耦合调节机构固定在平台板101上。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种手动无源耦合系统装置，其特征在于，包括显微镜固定调节机构、透镜吸取固定机构、UV固化光源调节机构和PCBA耦合调节机构；其中，

所述PCBA耦合调节机构具有用于PCBA板定位放置的治具座(11)，所述治具座(11)被配置为能沿着X轴、Y轴和Z轴移动且同时可以绕Z轴摆动角度；

所述透镜吸取固定机构包括设置在所述治具座(11)正上方的吸嘴块(21)，所述吸嘴块(21)通过吸头与真空泵连通；所述吸嘴块(21)用于吸取透镜，并被配置为能沿Z轴上下移动；

所述UV固化光源调节机构包括固化光源(31)，所述固化光源(31)被配置为能沿X轴向移动使得所述治具座(11)中的PCBA板位于光照范围内；

所述显微镜固定调节机构包括显微镜(41)，所述显微镜(41)被配置为能沿着X轴、Y轴和Z轴移动使得所述显微镜(41)的光轴对准所述透镜的透光孔。

2.根据权利要求1所述的一种手动无源耦合系统装置，其特征在于，所述治具座(11)包括

固定板(111)；

立柱(112)，与所述固定板(111)垂直固定并向上延伸；所述立柱(112)的上端面处开设有PCBA板定位放置的边槽口；和

盖板(113)，与所述立柱(112)的上端面可拆卸的固定；所述盖板(113)的中部位置设有避空口，所述透镜通过这里的避空口与所述PCBA板配合。

3.根据权利要求2所述的一种手动无源耦合系统装置，其特征在于，所述盖板(113)上还具有限位台阶；所述PCBA板上具有接口端，该接口端处于所述边槽口外部；所述限位台阶被配置为限制所述接口端。

4.根据权利要求3所述的一种手动无源耦合系统装置，其特征在于，所述PCBA耦合调节机构还包括第一多轴位移台(12)，所述第一多轴位移台(12)的上端面固定有转动调节器(13)，所述固定板(111)与所述转动调节器(13)固定。

5.根据权利要求1所述的一种手动无源耦合系统装置，其特征在于，所述透镜吸取固定机构还包括

第一基座(22)；

第一燕尾滑台(23)，固定在第一基座(22)上；所述第一燕尾滑台(23)被配置为沿Z轴上下滑动；和

第一支架(24)，与所述第一燕尾滑台(23)固定连接；所述第一支架(24)的远端设有用于安装所述吸嘴块(21)的贯通槽，所述第一支架(24)的侧边还设有螺纹孔，所述螺纹孔与所述贯通槽相连通；在所述螺纹孔中安装有用于抵紧吸嘴块(21)的紧固螺栓。

6.根据权利要求1所述的一种手动无源耦合系统装置，其特征在于，所述UV固化光源调节机构还包括

第二燕尾滑台(32)，所述第二燕尾滑台(32)被配置为沿X轴来回滑动；和

第二支架(33)，固定在所述第二燕尾滑台(32)上；

所述固化光源(31)至少设置两个且均固定在所述第二支架(33)上；两个所述固化光源(31)对向倾斜设置，使得所述PCBA板处于光照覆盖范围内。

7.根据权利要求1所述的一种手动无源耦合系统装置，其特征在于，所述显微镜固定调节机构还包括

第三多轴位移台(42)；所述第三多轴位移台(42)上固定有第三燕尾滑台(43)，所述第三燕尾滑台(43)被配置为沿Z轴上下滑动；

转接板(44)，与所述第三燕尾滑台(43)固定；

第三支架(45)，与所述转接板(44)固定连接；所述第三支架(45)具有扣接部，所述显微镜(41)通过所述扣接部固定在所述第三支架(45)上；所述显微镜(41)的传输端口与显示器连接。

8.根据权利要求1所述的一种手动无源耦合系统装置，其特征在于，还包括平台板(101)和多个连接块(102)；

所述平台板(101)上阵列设置有多个螺纹孔；

所述连接块(102)分别与所述显微镜固定调节机构、透镜吸取固定机构、UV固化光源调节机构和PCBA耦合调节机构一一对应设置；每个所述连接块(102)上设置有条形孔，所述条形孔与螺纹孔对位后利用锁紧螺栓将所述显微镜固定调节机构、透镜吸取固定机构、UV固化光源调节机构和PCBA耦合调节机构固定在所述平台板(101)上。

9.根据权利要求8所述的一种手动无源耦合系统装置，其特征在于，所述平台板(101)上的螺纹孔还可以被替换成T型槽，所述T型槽在所述平台板(101)上阵列，每个所述T型槽中内置有多个T形螺母；利用锁紧螺栓与所述T形螺母的旋合以将所述显微镜固定调节机构、透镜吸取固定机构、UV固化光源调节机构和PCBA耦合调节机构固定在所述平台板(101)上。

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