用于BOX光器件的波分组件与激光器组件耦合焊接设备转让专利
申请号 : CN202010107014.9
文献号 : CN111266734B
文献日 : 2021-03-30
发明人 : 段吉安 , 卢胜强 , 唐佳 , 徐聪
申请人 : 中南大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种用于BOX光器件的波分组件与激光器组件耦合焊接设备,其特征在于,包括夹持波分组件的上夹具、夹持激光器组件的下夹具和进行激光焊接的多组焊接装置,所述下夹具和所述上夹具分别设置在下夹具运动平台和上夹具运动平台上,所述下夹具运动平台和所述上夹具运动平台配合,完成所述波分组件与所述激光器组件的耦合过程;所述上夹具包括夹具支撑座、设置在所述夹具支撑座上的控制气缸,设置在所述控制气缸活塞杆端部的上夹头和设置在所述上夹头两侧的固定块,所述固定块的顶端与所述夹具支撑座固定连接,底端内侧成型有外楔形面,所述上夹头的两侧对应设置内楔形面,所述控制气缸控制所述上夹头位移,通过外楔形面和内楔形面配合切换上夹头的松开和夹紧状态;
所述下夹具包括支撑架、设置在所述支撑架顶端的浮台、设置在所述支撑架顶端并将所述浮台锁紧定位的锁紧定位组件、设置在所述浮台底端的上电组件、以及设置在所述浮台上表面的夹持组件,所述浮台上设置有第一通过口,所述第一通过口使所述激光器组件的引线板通过,而将所述激光器组件的本体阻止在所述浮台上表面,所述夹持组件环绕所述第一通过口设置;
所述上电组件包括两端与所述支撑架固定连接的上电平台,所述上电平台上设置有使所述引线板通过的第二通过口,所述上电平台的底端活动设置有上电结构,所述上电结构上设置有与所述引线板的引脚相对应的上电引线;所述上电结构包括一体连接设置的顶块和底板,所述顶块滑动设置在所述上电平台中部开设的滑槽内,所述底板的两侧分别活动套设在所述上电平台两侧的导向柱上,所述顶块与一手持式的拉杆固定连接。
2.根据权利要求1所述的用于BOX光器件的波分组件与激光器组件耦合焊接设备,其特征在于,所述上夹头包括与所述控制气缸活塞杆固定连接的夹头安装块、竖直设置在所述夹头安装块底端的两夹头臂和设置在每个夹头臂底端的夹紧块,所述夹头安装块、所述夹头臂和所述夹紧块一体设置,所述夹紧块的外侧壁成型为所述内楔形面,与所述外楔形面相配合,所述夹紧块的内侧壁成型为竖直平面,与盒型的波分组件外侧壁相对应。
3.根据权利要求2所述的用于BOX光器件的波分组件与激光器组件耦合焊接设备,其特征在于,所述夹头安装块内设置有光纤转接模块,用于连接所述波分组件的光纤,将所述波分组件采集的光信号进行转接。
4.根据权利要求1所述的用于BOX光器件的波分组件与激光器组件耦合焊接设备,其特征在于,所述上夹具运动平台包括Z轴位移滑台,所述上夹具固定设置在所述Z轴位移滑台上,具有沿Z轴的平移自由度;所述下夹具运动平台包括从下往上依次设置的X轴运动平台、Y轴运动平台和绕Z轴旋转平台,所述下夹具固定设置在所述绕Z轴旋转平台上,具有沿X轴、Y轴的平移自由度和绕Z轴的旋转自由度。
5.根据权利要求1所述的用于BOX光器件的波分组件与激光器组件耦合焊接设备,其特征在于,所述焊接装置包括激光焊枪出射头,所述激光焊枪出射头转动设置在焊枪安装板上,可调整激光出射角度,所述焊枪安装板设置在三轴运动平台上,具有沿X轴、Y轴和Z轴的平移自由度,所述激光焊枪出射头上设置有CCD相机。
6.根据权利要求1所述的用于BOX光器件的波分组件与激光器组件耦合焊接设备,其特征在于,所述夹持组件包括垫板、固定块和活动块,所述垫板固定设置在所述浮台的上表面,所述固定块固定设置在所述垫板的一侧,所述活动块滑动设置在所述垫板的另一侧,所述活动块的一端与所述固定块铰接,另一端与所述固定块通过调节螺栓活动连接;所述固定块与所述活动块合拢将所述激光器组件夹持固定在两者之间,所述垫板上设置有使所述本体和所述引线板均能通过的开口。
7.根据权利要求6所述的用于BOX光器件的波分组件与激光器组件耦合焊接设备,其特征在于,所述活动块与所述固定块之间的间隙与所述激光器组件的宽度方向具有一定夹角,所述活动块和所述固定块夹持所述激光器组件的侧壁上均设置有夹持凹槽和引线板通过槽,当所述活动块与所述固定块合拢时,所述激光器组件的两个对角分别位于两个所述夹持凹槽内,同时所述引线板通过槽正对所述第一通过口的位置。
8.根据权利要求1所述的用于BOX光器件的波分组件与激光器组件耦合焊接设备,其特征在于,所述锁紧定位组件包括锁紧定位机构和角固定机构,所述锁紧定位机构主要由相向设置的两个锁紧块组成,每个所述锁紧块均包括弧形段和设置在所述弧形段第一端的平整段,所述锁紧块的弧形段和平整段分别相向设置,两个所述锁紧块的弧形段围绕在盘形的所述浮台外侧,第二端均与所述支撑架顶端铰接,所述平整段被所述角固定机构夹持挤压而为所述锁紧块提供锁紧力,使两个所述弧形段夹持定位所述浮台的位置;所述锁紧块的顶部设置有多个定位片,在所述浮台的顶部边缘设置有多个与所述定位片相对应的缺口,所述缺口与所述定位片相配合设置。
说明书 :
用于BOX光器件的波分组件与激光器组件耦合焊接设备
技术领域
背景技术
收器、波分组件等接收器件组合封装,实现光电转换和传输的功能。发光器件需要和光接收
器、波分组件等元件耦合对准、激光焊接为整体光器件后使用,而如何提高光器件的性能、
质量以及降低成本,是当前工业上封装制造的关键问题,其核心技术在于元件的耦合对准
与焊接,制造成本也主要集中在此。
速光器件,由于其耦合精度要求严格,目前的设备中少有能准确定位盒型器件、且操作过程
简单有效的夹具结构,导致设备的耦合精度难以达到高速光器件的要求,封装后光器件的
光功率难以进一步提升,最终影响封装质量。
发明内容
位精度,从而提高耦合精度和封装质量。
多组焊接装置,所述下夹具和所述上夹具分别设置在下夹具运动平台和上夹具运动平台
上,所述下夹具运动平台和所述上夹具运动平台配合,完成所述波分组件与所述激光器组
件的耦合过程;所述上夹具包括夹具支撑座、设置在所述夹具支撑座上的控制气缸,设置在
所述控制气缸活塞杆端部的上夹头和设置在所述上夹头两侧的固定块,所述固定块的顶端
与所述夹具支撑座固定连接,底端内侧成型有外楔形面,所述上夹头的两侧对应设置内楔
形面,所述控制气缸控制所述上夹头位移,通过外楔形面和内楔形面配合切换上夹头的松
开和夹紧状态。
块、所述夹头臂和所述夹紧块一体设置,所述夹紧块的外侧壁成型为所述内楔形面,与所述
外楔形面相配合,所述夹紧块的内侧壁成型为竖直平面,与盒型的波分组件外侧壁相对应。
轴运动平台、Y轴运动平台和绕Z轴旋转平台,所述下夹具固定设置在所述绕Z轴旋转平台
上,具有沿X轴、Y轴的平移自由度和绕Z轴的旋转自由度。
Y轴和Z轴的平移自由度,所述激光焊枪出射头上设置有CCD相机。
设置在所述浮台上表面的夹持组件,所述浮台上设置有第一通过口,所述第一通过口使所
述激光器组件的引线板通过,而将所述激光器组件的本体阻止在所述浮台上表面,所述夹
持组件环绕所述第一通过口设置。
另一侧,所述活动块的一端与所述固定块铰接,另一端与所述固定块通过调节螺栓活动连
接;所述固定块与所述活动块合拢将所述激光器组件夹持固定在两者之间,所述垫板上设
置有使所述本体和所述引线板均能通过的开口。
引线板通过槽,当所述活动块与所述固定块合拢时,所述激光器组件的两个对角分别位于
两个所述夹持凹槽内,同时所述引线板通过槽正对所述第一通过口的位置。
构,所述上电结构上设置有与所述引线板的引脚相对应的上电引线;所述上电结构包括一
体连接设置的顶块和底板,所述顶块滑动设置在所述上电平台中部开设的滑槽内,所述底
板的两侧分别活动套设在所述上电平台两侧的导向柱上,所述顶块与一手持式的拉杆固定
连接。
第一端的平整段,所述锁紧块的弧形段和平整段分别相向设置,两个所述锁紧块的弧形段
围绕在盘形的所述浮台外侧,第二端均与所述支撑架顶端铰接,所述平整段被所述角固定
机构夹持挤压而为所述锁紧块提供锁紧力,使两个所述弧形段夹持定位所述浮台的位置;
所述锁紧块的顶部设置有多个定位片,在所述浮台的顶部边缘设置有多个与所述定位片相
对应的缺口,所述缺口与所述定位片相配合设置。
件与波分组件的耦合焊接封装过程,采用了多通道的光功率耦合与均衡,提升了器件耦合
的精度和封装质量;
接波分组件的光纤,将波分组件采集的光信号进行转接,以便激光器组件与波分组件进行
多通道的光功率的耦合与均衡等;
构驱动支撑架执行耦合动作,高精度地带动激光器组件完成与其他器件的耦合过程;其中
夹持组件的固定块和活动块上均设置有夹持凹槽和引线板通过槽,通过夹持凹槽使得对激
光器组件的夹持可通过一次操作全部完成,限制激光器组件的全部自由度,引线板通过槽
则提升了插入激光器组件、完成上料的方便性,上电组件设置在浮台底端,只需通过手动
推、拉的简单操作方式,在导向结构作用下就能准确完成激光器组件的上电过程,提升了操
作的便捷性和可靠性,因而提升了光器件耦合的效率。
附图说明
形面;16‑内楔形面;2‑下夹具;21‑支撑架;22‑浮台;221‑第一通过口;23‑锁紧定位组件;
231‑角固定组件;232‑锁紧块;233‑弧形段;234‑平整段;235‑定位片;24‑上电组件;241‑上
电平台;242‑第二通过口;243‑上电引线;244‑顶块;245‑底板;246‑滑槽;247‑导向柱;248‑
拉杆;25‑夹持组件;251‑垫板;252‑固定块;253‑活动块;254‑开口;255‑调节螺栓;256‑夹
持凹槽;257‑引线板通过槽;3‑焊接装置;31‑激光焊枪出射头;32‑焊枪安装板;33‑三轴运
动平台;34‑CCD相机;4‑下夹具运动平台;41‑X轴运动平台;42‑Y轴运动平台;43‑绕Z轴旋转
平台;5‑上夹具运动平台;51‑Z轴位移滑台。
具体实施方式
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。
焊接的多组焊接装置3,下夹具2和上夹具1分别设置在下夹具运动平台4和上夹具运动平台
5上,通过下夹具运动平台4和上夹具运动平台5配合,完成波分组件01与激光器组件02的对
准以及多通道光功率耦合过程。
14为长条形,顶端与夹具支撑座11固定连接,底端内侧成型为外楔形面15,两固定块14的外
楔形面15之间形成上窄下宽的空间。相配套地,上夹头13的两侧对应设置内楔形面16,控制
气缸12控制上夹头13位移,通过外楔形面15和内楔形面16接触挤压作用,切换上夹头13的
松开和夹紧状态。
夹头安装块131、夹头臂132和夹紧块133一体设置,夹头臂132由金属材料制成,具有一定弹
性。夹紧块133的外侧壁成型为内楔形面16,与外楔形面15相配合。因此,当控制气缸12驱动
上夹头13上移时,夹紧块133的内楔形面16将沿外楔形面15上移,由于外楔形面15固定,两
外楔形面15之间为上窄下宽的形式,因此夹紧块133上移时外楔形面15会向内挤压内楔形
面16,使两夹紧块133相互靠拢,形成对波分组件01的夹持。而控制气缸12驱动上夹头13下
移时则会使上夹头13放松。其中,夹紧块133的内侧壁成型为竖直平面,与盒型的波分组件
01外侧壁相对应,在夹紧块133相互靠拢将波分组件01夹紧时,夹紧块133的内侧壁与波分
组件01外侧壁挤压接触,产生静摩擦力,从而形成对波分组件01的夹持固定。
光功率的耦合与均衡等。
41、Y轴运动平台42和绕Z轴旋转平台43,下夹具2固定设置在绕Z轴旋转平台43上,具有沿X
轴、Y轴的平移自由度和绕Z轴的旋转自由度。在进行耦合时,Z轴位移滑台51驱动上夹具1竖
直位移,使波分组件01的下表面贴近激光器组件02的上表面,激光器组件02和下夹具2则通
过X轴运动平台41和Y轴运动平台42配合驱动,在水平面内位移,同时通过绕Z轴旋转平台43
调整激光器组件02的角度,使其与波分组件01角度一致地对准。
轴和Z轴的平移自由度,调整激光焊枪出射头31的对准位置,使焊接激光准确照射至焊接
点。激光焊枪出射头31上设置有CCD相机34,能监控焊点位置,自动判定并调整焊点位置。
24、以及设置在浮台22上表面的夹持组件25。浮台22上设置有第一通过口221,当激光器组
件02被夹持组件25夹持时,激光器组件02的引线板穿过第一通过口221,延伸出浮台22的下
表面,由上电组件24对激光器组件02的引线板021上电,使激光器组件02发射激光。此时激
光器组件02被限制在浮台22上表面,通过环绕第一通过口221设置的夹持组件25夹持、在浮
台22上完成定位。锁紧定位组件23对浮台22进行锁紧定位,确认浮台22以及激光器组件02
相对于支撑架21的位置,由此可通过下夹具运动平台4驱动支撑架21运动,执行激光器组件
02的耦合动作。
口254。固定块252固定设置在垫板251的一侧,活动块253滑动设置在垫板251的另一侧,活
动块253的一端与固定块252铰接,另一端与固定块252通过调节螺栓255活动连接,形成类
似夹子的夹持结构,将激光器组件02夹持固定在两者之间。操作时通过拧紧调节螺栓255,
驱使活动块253的另一端靠近固定块252,形成对激光器组件02的夹持,而松开时则需要反
向拧松调节螺栓255。
块252夹持激光器组件02的侧壁上均设置有夹持凹槽256和引线板通过槽257,其中夹持凹
槽256的夹角为90°,与盒型的激光器组件02外角一致,当活动块253与固定块252夹紧合拢
时,激光器组件02的两个对角分别位于两个夹持凹槽256内,因而可以通过夹持凹槽256的
限制作用,将激光器组件02在垫板251所在平面(水平面)完全限位,同时通过夹紧产生的静
摩擦力限制竖直位移,最终限制、确认激光器组件02相对于下夹具2的位置。由于采用上述
结构仅需拧动一次调节螺栓255,因此简化了夹具的操作。另外,在夹持定位后,两个引线板
通过槽257均正对第一通过口221的两端位置,让出了引线板021通过的通道,因此需要取出
激光器组件02时,只需稍微拧松调节螺栓255,将激光器组件02拔出即可,同样可以简化操
作。
板021的底端从第二通过口242穿过上电平台241,位于上电平台241底端位置。上电平台241
的底端活动设置有上电结构,上电结构上设置有与引线板021的引脚相对应的上电引线
243,上电引线243的另一头设置接口。当引线板021到位后,上电结构位移,使上电引线243
与引脚接触即可完成对激光器组件02的上电操作。
247上。因此上电结构的位移同时通过中部的顶块244和底板245的两侧进行导向,使上电结
构在移动时不会发生角度偏差,确保上电引线243与引脚完全对准。顶块244与一手持式的
拉杆248固定连接,在上电时只需推动拉杆248,就能推动顶块244和底板245向上电平台241
内部滑动,使上电引线243与引脚接触。而需要取出激光器组件02时,只需向外拉动拉杆
248,断开上电引线243的接触即可。
第一端的平整段234,锁紧块232的弧形段233和平整段234分别相向设置,且两个弧形段233
围绕在盘形的浮台22外侧。锁紧块232的第二端均与支撑架21顶端铰接,平整段234被角固
定机构231夹持挤压而为锁紧块232提供锁紧力,使两个弧形段233对浮台22夹持定位,确认
浮台22相对于支撑架21的位置。锁紧块232的顶部设置有多个定位片235,在浮台22的顶部
边缘设置有多个与定位片235相对应的缺口,缺口与定位片235相配合设置,以定位浮台22
相对于支撑架21的角度,进而确认夹持的激光器组件02相对于支撑架21的角度已经对准。
应视为本发明的保护范围。