CN109752805B - 一种蝶形半导体激光器自动耦合封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，涉及电子器件自动耦合封装领域。该自动耦合封装方法，包括配件上机、耦合对准、焊接等步骤，实施该方法的自动耦合封装设备，包括立柱、横梁、以及设置在底座上的光纤夹具、透镜夹具机构、下夹具装置、物料盘机构、以及激光功率计等部件，所述光纤夹具、透镜夹具机构、以及光纤自动调角焊接装置均能够进行位置调整以实现蝶形半导体激光器的准确耦合封装。本发明的自动耦合封装方法自动化程度高，封装效率高；其使用的耦合封装设备，结构设计合理，可自动完成后续从耦合对准到封装的全部工序，与传统手动的生产线相比，具有操作简单方便、生产成本低、产品质量稳定等优点。

Description

一种蝶形半导体激光器自动耦合封装方法

技术领域

本发明涉及自动化耦合封装技术领域，具体涉及一种蝶形半导体激光器自动耦合封装方法。

背景技术

随着光纤通信和光纤传感技术的发展，光电子器件的制备成为了光信息技术进步的关键。在光通信产品中，光电子器件如蝶形半导体激光器的需求量随着发展越来越大。蝶形半导体激光器是光纤通信行业最常用的长距离传输光信号放大装置，但是蝶形半导体激光器的封装成本一直居高不下，昂贵的封装成本、过低的封装效率与日益增长的需求量之间的巨大矛盾，极大地限制了光电子器件行业的发展速度。

光电子器件封装行业最大的瓶颈在于封装成本，而制约成本的关键原因就是封装的自动化程度。在自动化过程中，需要重点考虑光纤耦合(光纤对准)技术和尾纤固定技术。光纤耦合过程中，其对准方式大多数是由人工根据激光器输出功率的大小来判断光纤是否对准，并利用调节平台进行微调。尾纤固定一般采用激光焊接方式，也需要极其精确地焊接，否则将影响成品合格率。

目前国内的很多公司器件生产基本上还是手工操作，部分产品可以实现半自动化，但是光纤耦合还是需要熟练的技工在显微镜的辅助下手动完成，既费时又不能保证成品率。国外的一些光通信行业的大企业拥有一些先进的自动化封装设备，能够实现激光器与光纤的自动耦合和半自动封装。借助于这些封装设备，其生产效率比手工或半自动化生产方式有显著提高。然而，这些成套设备价格昂贵，需要较高的资金投入，并且这些封装设备采用的封装工艺也有很多需要改善的地方，比如光纤耦合的精度不足等。因此，如何解决现有技术中存在的光纤耦合精度不高、封装成本居高不下、产品合格率低等问题，是当前蝶形半导体激光器发展中的重中之重。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种自动化程度高、耦合效率高、生产成本低、制得产品质量稳定的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，包括如下步骤：

S1、在物料盘机构上的料盘内装上透镜，将激光器管壳放置在下夹具装置上并夹紧，通过上电板对蝶形半导体激光器上电；

S2、将光纤放置在光纤夹具的光纤尾端夹具上；同时，激光器功率计移动到指定位置，激光功率计上的探头与蝶形半导体激光器的光纤入口同轴，对蝶形半导体激光器通过透镜射出的光进行光功率检测；

S3、透镜夹具移动至物料盘机构的位置吸取透镜，并做相应的位置调整；吸取之后的透镜夹具回到耦合的初始位置，所述耦合的初始位置是通过电脑设定的放置位置、或为保存的前一个部件光耦合的放置位置；此时透镜在放置位置上，但并没有脱离透镜夹具，通过激光功率计的探头进行检测，同时对透镜进行6个自由度的调节，待探头检测到的光功率最大时调节完成，结束调节，电脑记录下透镜的坐标位置以备后用；透镜夹具带着透镜退出激光器管壳，激光功率计回到激光功率计的初始位置；

S4、通过电脑对光纤尾端夹具的位置自动调节，使光纤尾端夹具和光纤金属套管端夹具中光纤的圆心与蝶形半导体激光器的光纤入口同轴，并且使光纤金属套管端夹具位于激光器管壳内部，将光纤定位槽上方的上盖打开，将光纤从光纤入口推入蝶形半导体激光器，并使光纤金属套管移动到光纤金属套管端夹具的吸附位置，关闭上盖；通过光纤自动调角焊接装置中的视觉相机观测光纤的端面投影是否为直线，若不是直线，则利用角度调整机构进行粗调；光纤金属套管端夹具开始吸附金属套管；再通过电脑控制对光纤夹具的位置自动调节，当蝶形半导体激光器的射光在光纤内的光功率达到最大值时结束调节；

S5、透镜夹具带动透镜回到步骤S3中电脑记录下的透镜的坐标位置，电脑控制光纤夹具和透镜夹具机构同时调节，使蝶形半导体激光器的射光穿过透镜，进入光纤的光功率为最大值，此时光纤自动调角焊接装置对光纤金属套管和透镜进行分别焊接，焊接的位置通过光纤自动调角焊接装置的焊点相机实时监测；焊接完成之后，光纤夹具和透镜夹具松开，光纤尾端夹具的上盖打开，将光纤取出之后，光纤夹具和透镜夹具退回到各自的初始位置；

S6、下夹具装置上的蝶形半导体激光器封装完成，取下蝶形半导体激光器，更换新的激光器管壳，准备下一次封装。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，优选的，所述步骤S2中，通过底部导轨气缸和Z轴导轨气缸带动激光功率计移动。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，优选的，所述步骤S2中，先将光纤夹具通过底部滑轨滑动到靠近操作人员的一端后，操作人员再将光纤放置在光纤尾端夹具上；在步骤S4中，先将光纤夹具通过底部滑轨退回到光纤夹具的初始位置，然后再通过电脑对光纤尾端夹具的位置自动调节。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，优选的，所述步骤S3中，吸取透镜时，透镜夹具通过底部设置的透镜夹具机构的滑轨移动至物料盘机构的位置吸取透镜；对透镜进行自由度调节时是由电脑控制透镜夹具而进行自动调节。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，优选的，所述步骤S3中，激光功率计通过底部导轨气缸回到激光功率计的初始位置。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，优选的，步骤S4中进行的粗调的方式具体为：抽出光纤尾端夹具，手动旋转一定角度之后再插入夹具定位座内，并通过手拧螺丝拧紧；所述对光纤夹具的位置自动调节是通过对X轴运动平台、Y轴运动平台、Z轴运动平台的调节和自动旋转平台的微调而进行的。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，优选的，步骤S5中进行调节后使得进入光纤的光功率为最大值时的调节精度比步骤S4中光功率为最大值时的调节精度更高；步骤S5中，焊接的位置能够通过光纤自动调角焊接装置的各个运动平台调节，同时，各个运动平台的调节能使光纤自动调角焊接装置适应不同类型不同焊接位置的需求。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，优选的，所述步骤S5中，焊接完成之后，光纤夹具和透镜夹具松开是通过停止吸气而实现的。

为实施上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，本发明还提供了一种蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，包括立柱、横梁、以及设置在底座上的光纤夹具、透镜夹具机构、下夹具装置、物料盘机构、以及激光功率计，在所述横梁上设置有光纤自动调角焊接装置，所述光纤夹具、透镜夹具机构相对设置，在所述光纤夹具与透镜夹具机构之间设置所述下夹具装置，在所述下夹具装置一侧设置所述物料盘机构以方便所述透镜夹具机构获取所述物料盘机构上的透镜；所述光纤夹具、透镜夹具机构、以及光纤自动调角焊接装置均能够进行位置调整以实现蝶形半导体激光器的准确耦合封装。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，优选的，所述激光功率计设置于所述光纤夹具一侧；所述激光功率计安装在具有Z轴导轨气缸和底部导轨气缸的支架上，所述激光功率计上的探头朝着所述下夹具装置方向，所述激光功率计能够通过Z轴导轨气缸和底部导轨气缸进行位置调整。更优选的，所述激光功率计为光热型激光功率计。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，优选的，所述光纤夹具包括光纤夹具位置调整装置和夹具模块，所述夹具模块通过L型转接板安装在光纤夹具位置调整装置上，所述夹具模块包括夹具安装支架、夹具定位座、角度调整机构、光纤尾端夹具以及悬挂设置在光纤尾端夹具前方的光纤金属套管端夹具，所述夹具安装支架固定在L型转接板上并开设有通孔，所述光纤尾端夹具穿过所述通孔而固定在夹具安装支架上；在所述夹具定位座、夹具安装支架以及角度调整机构上均开设有呈狭缝状且与所述光纤尾端夹具的纵向延伸方向基本平行的光纤放置口，以使光纤能够方便地放入所述光纤尾端夹具中。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，优选的，所述光纤尾端夹具包括上盖和基座，所述上盖铰接在所述基座上，所述基座上开设有强磁放置槽，所述基座中部还设置有光纤定位槽(优选为V型槽，有助于起到定位作用)，在所述上盖上与所述光纤定位槽相对应地设置有海绵安装槽。当所述上盖与基座合上后，在强磁放置槽内的强磁铁的作用下，上盖仅仅地贴合在基座上，同时由于海绵安装槽内安装有海绵，海绵的设置有利于夹紧光纤定位槽中的光纤。更优选的，所述夹具安装支架的通孔上还开设有夹具锁紧孔，通过锁紧螺栓穿过所述夹具锁紧孔，能够使光纤尾端夹具方便地固定在夹具安装支架上。更优选的，在所述强磁放置槽的两端分别设置固定螺孔，可以安装手拧螺栓，辅助固定上盖合紧。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，优选的，所述夹具安装支架的通孔的内表面还设置有定位凸块，所述角度调整机构为圆周方向均匀间隔开设有多个与所述定位凸块相匹配的凹槽的圆形齿状环，所述圆形齿状环与所述光纤尾端夹具固定连接或一体成型，通过旋转角度调整机构并使其上的凹槽与所述定位凸块卡合，即可实现所述光纤尾端夹具的角度调整。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，优选的，所述光纤夹具位置调整装置包括底部滑轨，设置在所述底部滑轨上的底部滑块，从下往上依次设置在底部滑块上的X轴运动平台、Y轴运动平台和Z轴运动平台，以及自动旋转平台；所述自动旋转平台的一端与L型转接板固定连接，所述自动旋转平台的另一端与Z轴运动平台固定连接。所述自动旋转平台能够带动整个夹具模块旋转，用于微调光纤的轴向角度。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，优选的，所述光纤金属套管端夹具整体呈T字形，所述光纤金属套管端夹具内部为中空结构，在其一端开设有金属套管定位槽，并在金属套管定位槽内设置有用于吸附光纤金属套管的吸附孔，在光纤金属套管端夹具另一端开设有与吸气管连接的气管接头，所述气管接头与吸附孔连通，通过吸气管吸气，在吸附孔的位置形成负压，从而吸附光纤金属套管。

所述光纤夹具在工作原理如下：将光纤通过光纤放置口放进光纤尾端夹具的光纤定位槽内，设置光纤放置口的目的是为了方便光纤的装夹，且不需要将光纤尾端夹具取下安装光纤；在强磁放置槽内设置强磁铁，在上盖合上是，可以保证上盖固定，同时强磁放置槽的两端可以分别设置固定螺孔，安装手拧螺栓，辅助固定上盖合紧。光纤定位槽可以设置为V型槽，以方便起到定位作用。在海绵安装槽内可以设置海绵等软质材料，所述软质材料稍稍突出海绵安装槽设置，以方便在上盖合上时能压紧光纤。在光纤尾端夹具的尾部设置角度调整机构，通过与夹具定位座的配合，可以实现旋转定位的功能。每两个凹槽之间的角度为15度，在调整好之后，插入夹具安装支架，角度调整机构上的凹槽与夹具定位座上的定位凸块相配合，再通过夹具锁紧孔内的锁紧螺栓固定光纤尾端夹具。所述光纤金属套管端夹具安装在夹具安装支架的前端，所述光纤金属套管端夹具上设置有气管接头，与吸气管连接；所述光纤金属套管端夹具的内部为中空，所述气管接头与吸附孔相连通，通过吸气管吸气，在吸附孔的位置形成负压，用于吸附光纤金属套管。自动旋转平台，用于微调光纤的轴向角度，其能够带动整个夹具模块转动。光纤尾端夹具中放置光纤的圆心与吸附在金属套管定位槽上的光纤金属套管的圆心始终重合；光纤的前端突出设置有光纤金属套管，且光纤的顶端具有8度的倾斜角度，自动旋转平台的作用是为了光纤的前端切面为直线。所述底部滑块用于带动整个光纤夹具在底部滑轨上运动，再通过X轴运动平台、Y轴运动平台以及Z轴运动平台对光纤在XYZ三个方向的位置进行微调，使得光纤的前端与激光器内透镜的光焦点位置重合，达到光功率的最大值。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，优选的，所述透镜夹具机构包括透镜夹具位置调整装置和透镜夹具，所述透镜夹具通过夹具转接板固定在所述透镜夹具位置调整装置上；所述透镜夹具整体呈T字形，所述透镜夹具的一端设有透镜吸附孔，在所述透镜夹具的另一端设置有吸气管连接孔，所述吸气管连接孔与透镜吸附孔从透镜夹具的内部相连通；通过连接在吸气管连接孔上的吸气管，使透镜吸附孔处形成负压，从而将透镜吸附在夹具上。更优选的，所述透镜夹具上靠近透镜吸附孔的一端呈方形块，所述吸附孔为多个，均匀分布在所述方形块末端的平面上。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，优选的，所述夹具转接板有两个，分别为第一夹具转接板和第二夹具转接板，所述第一夹具转接板的一端与所述透镜夹具位置调整装置固定连接，所述第一夹具转接板的另一端与第二夹具转接板的一端连接，所述第二夹具转接板的另一端与所述透镜夹具相连接；所述第二夹具转接板与所述透镜夹具相连接的面具有一定的预设角度，呈斜面。该斜面可以根据器件的放置角度要求而进行任意切割(切割为横向切割)，本发明中优选角度为3.8°。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，优选的，所述透镜夹具位置调整装置包括透镜夹具机构的滑轨，透镜夹具机构的滑块，滑块驱动电机，从下至上依次设置在透镜夹具机构的滑块上的X轴方向运动平台、Y轴方向运动平台、Z轴转接板和Z轴方向运动平台，设置在Z轴方向运动平台一侧的绕Z轴角位台和绕Y轴角位台，设置在所述绕Y轴角位台一侧的纵向运动气缸，所述纵向运动气缸与所述第一夹具转接板固定连接，用于驱动透镜夹具纵向运动。

所述透镜夹具的工作过程如下：由滑块驱动电机驱动整体透镜夹具机构横向运动，是为了更方便地在物料盘机构(参见后述对物料盘机构的详述)上吸取透镜。X轴方向运动平台、Y轴方向运动平台、Z轴方向运动平台能够对透镜夹具的三个方向位置进行微调，为了使透镜更准确地放置在激光器中。所述透镜夹具上设置有吸气管连接孔和透镜吸附孔，所述吸气管连接孔和透镜吸附孔吸内部相连通，通过连接在吸气管连接孔上的吸气管，使透镜吸附孔处形成负压，从而将透镜吸附在透镜夹具上。纵向运动气缸的作用时为了使夹具在纵向有一定的行程空间，方便取料和放置透镜。绕Z轴角位台和绕Y轴角位台的设置，能够使透镜在Y轴和Z轴的方向有一定的旋转角度(正负5°)。本发明的其中一个目的就是能够实现透镜六个自由度的调节，该透镜夹具机构具有五个自由度的调整装置，能够实现五个自由度的调节，分别为X轴方向运动平台、Y轴方向运动平台、Z轴方向运动平台、以及绕Z轴角位台、绕Y轴角位台，另一个自由度的调整装置为设置在下夹具上的绕X轴角位台(参见后述对下夹具装置的详述)，六个装置相互配合，能够实现透镜六个自由度的调节，使透镜在激光器的放置位置更加准确，且本发明中透镜的几何中心与绕Y轴角位台以及绕Z轴角位台的旋转中心线的交点重合，同时透镜的几何中心位于下夹具装置的绕X轴角位台的旋转中心线上。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，优选的，所述物料盘机构包括物料盘机构的滑轨、物料盘机构的滑块、滑块驱动电动机、Z轴向运动平台、水平旋转平台、料盘安装座和料盘，所述Z轴向运动平台安装在物料盘机构的滑块上，所述水平旋转平台安装在Z轴向运动平台上，在水平旋转平台的上方安装有料盘安装座，所述料盘安装座的一侧开设有安装座限位槽，料盘过盈配合安装在安装座限位槽内；所述水平旋转平台的一侧设置有能控制水平旋转平台的旋转角度的旋钮，所述滑块驱动电动机能够驱动物料盘机构的滑块在物料盘机构的滑轨上移动。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，优选的，所述料盘呈矩形，所述料盘的中间均匀设置有多个透镜放置槽，所述料盘四周的角落部位设置有四个矩形孔。所述矩形孔的大小足够使透镜夹具上的方形块穿过。在每个所述透镜放置槽的下方还设置有退料孔。设置退料孔是为了在器件耦合失败，透镜被放回料盘后便于手动取出和更换。

所述物料盘机构与所述透镜夹具机构配合使用，工作原理如下：通过Z轴向运动平台和旋钮调整物料盘机构的初始位置，物料盘机构的滑轨能够使料盘沿X方向运动，其与所述透镜夹具机构的滑轨配合运动(透镜夹具机构的滑轨在整机的相对位置是沿Y方向的)，实现了透镜夹具机构相对料盘在XY二维平面内的取料，在实现功能的同时使得结构紧凑稳定。水平旋转平台的旋钮的作用是为了配合透镜夹具的倾斜角要求(如前所述的本申请要求为3.8°)。在料盘上设置多个透镜放置槽，用于存放透镜；料盘四周的四个矩形孔(比透镜放置槽大)，是为了调整透镜与透镜夹具的配合位置。由于透镜夹具的吸取面为平面(即前述方形块末端的平面)，没有限位功能，因此在吸取透镜时有可能存在偏差，透镜夹具在吸取透镜之后在矩形孔(料盘四周的角落部位设置的四个矩形孔)的对角位置进行两次贴靠，能有效地调整透镜的角度和位置，使透镜可以更加准确的放置在激光器中。方形块的截面与透镜的大小一致，使得透镜夹具底部面积与透镜大小一致，方便透镜夹具吸取透镜后在料盘的矩形孔内贴靠调整。通过透镜夹具机构与物料盘机构配合使用，完成透镜的吸取和放置。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，优选的，所述下夹具装置包括支架、以及设置在支架上方的蝶形半导体激光器、激光器放置槽、第一上电板夹具、第二上电板夹具、上电板、下夹具夹紧气缸、下夹具夹头、上电板夹具滑轨、第一上电板夹具微型气缸、固定限位块以及弹簧，所述上电板夹具滑轨有四个呈两组布置，每组中的两个上电板夹具滑轨相互平行，每个上电板夹具滑轨上均设置有一个上电板夹具滑块，所述第一上电板夹具和第二上电板夹具分别连接两组上电板夹具滑轨上的上电板夹具滑块，在所述第一上电板夹具和第二上电板夹具各自的中间部位分别安装上电板，所述激光器放置槽设置在所述第一上电板夹具和第二上电板夹具之间；第一上电板夹具微型气缸设置在第一上电板夹具远离激光放置槽的一侧，所述固定限位块设置在第一上电板夹具靠近激光放置槽的一侧，所述第一上电板夹具微型气缸的活塞杆套设弹簧后再穿过第一上电板夹具上的通孔并顶在固定限位块上；所述下夹具夹紧气缸与下夹具夹头连接，所述下夹具夹紧气缸能带动下夹具夹头水平移动以夹住蝶形半导体激光器。更优选的，所述下夹具夹紧气缸设置在激光器放置槽的下方，所述下夹具夹头设置在第一上电板夹具一侧。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，优选的，所述激光器放置槽的底面呈矩形，并且在矩形的三条边上各设有突出于底面的一个定位面，分别为靠近第二上电板夹具一侧的一条边以及垂直于第二上电板夹具的两条边；所述激光器放置槽靠近第一上电板夹具一侧不设置定位面。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，优选的，所述支架的下方安装有绕X轴角位台，所述绕绕X轴角位套的一侧设置有角位台驱动电机，所述角位台驱动电机能驱动所述绕X轴角位台运动以实现角度调整。更优选的，所述绕X轴角位台的调整角度范围为±10°。

所述下夹具装置的工作原理如下：将所述蝶形半导体激光器放置在所述激光器放置槽内，通过所述下夹具夹紧气缸的驱动，控制下夹具夹头水平移动，夹住蝶形半导体激光器，使蝶形半导体激光器固定在激光器放置槽内。蝶形半导体激光器通过激光器放置槽的三个定位面进行定位。蝶形半导体激光器的两侧设置有多根引脚，所述上电板夹具滑轨的上方设置有上电板夹具滑块，所述第一上电板夹具和第二上电板夹具各自的两端分别固定在上电板夹具滑块(上电板夹具滑块也有四个，分为两组)上，在第一上电板夹具和第二上电板夹具各自的中间固定安装有上电板，所述第一上电板夹具微型气缸固定安装在第一上电板夹具的底部，所述第一上电板夹具微型气缸的活塞杆穿过第一上电板夹具顶在固定限位块上，所述第一上电板夹具微型气缸在工作时，活塞杆伸出气缸，由于固定限位块的作用，带动第一上电板夹具反向运动(即远离激光器放置槽方向运动)，在将蝶形半导体激光器放置好后，所述第一上电板微型气缸停止工作，所述第一上电板夹具在弹簧的作用下回到原位，带动第一上电板夹具上的上电板与蝶形半导体激光器的一侧引脚相接触，然后再手动推动第二上电板夹具，是第二上电板夹具上的上电板与蝶形半导体激光器的另一侧引脚接触，从而实现给蝶形半导体激光器上电的功能。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，优选的，所述光纤自动调角焊接装置包括与横梁固定连接的三维移动装置以及与所述三维移动装置固定连接的安装座，所述安装座上对称安装有两个自动转台，两个所述自动转台上分别安装有直线运动平台，两个所述直线运动平台上分别通过焊枪转接板安装有焊枪，两个所述焊枪相互对称设置并形成一定的夹角；两个所述焊枪的后端均设置有焊枪相机；所述直线运动平台的直线运动方向与其上安装的焊枪所射出激光的方向相同；在所述自动转台的一侧设置有自动转台的驱动电机；在对称设置的两个所述焊枪之间设置有视觉相机。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，优选的，所述视觉相机通过视觉相机转接板连接在位移调节装置上，所述位移调节装置包括X向运动平台、Y向运动平台以及Z向运动平台，所述位移调节装置固定设置在横梁上。

上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，优选的，所述三维移动装置包括与横梁固定连接的焊枪机构X向滑动机构，与焊枪机构X向滑动机构连接的焊枪机构Y向调整平台以及与焊枪机构Y向调整平台连接的焊枪机构Z向调整平台，通过焊枪机构X向滑动机构、焊枪机构Y向调整平台以及焊枪机构Z向调整平台，能够实现安装座的三维移动。更优选的，所述焊枪机构X向滑动机构包括滑动轨道以及滑动块，所述焊枪机构Y向调整平台与滑动块固定连接。

所述光纤自动调角焊接装置的工作原理如下：两个焊枪对称分布，通过自动转台调整角度，通过焊枪相机实时监测激光的焦点位置，然后控制自动转台转动以及直线运动平台、焊枪机构Z向调整平台的移动，实现焊枪的激光焦点位置的确定。其中，直线运动平台是根据自动转台的转动，沿焊枪的激光射出方向直线运动，调整单个焊枪的位置。焊枪机构Z向调整平台是调整一对焊枪机构的整体的Z向位置。焊枪机构X向滑动机构控制焊枪的X向位置，实现对激光器内不同配件(金属套管以及透镜)的焊接工作。焊枪机构Y向调整平台是初始调节机构，为了使焊枪的激光焦点与光纤轴向对中。所述视觉相机具有两方面的作用：其一是观察光纤前端的倾斜角是否呈直线投影，若不是直线，需要调整光纤夹具的角度(通过角度调整机构进行粗调)，直到倾斜角近似呈直线投影为止；其二是在光纤与光纤夹具同时耦合的过程中(即光功率值精搜索阶段)通过视觉相机及其电脑软件的自动判别(采用机器视觉相关原理)精调光纤夹具的角度，直到倾斜角更加近似呈直线投影并且光功率达到最大值或者理想范围值为止。

本发明中的的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备的各大机构或装置通过控制系统控制(可以是电脑，通过电脑程序控制)，实现自动化耦合封装。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：

1、本发明提供的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，能够实现蝶形半导体激光器精确耦合对准和自动化封装，操作人员只需要简单地安装配件，设备即可自动完成后续从耦合对准到封装的全部工序，与传统手动的生产线相比，其自动化程度高，操作简单方便，作业时间短，生产效率高，生产成本低，并且基本不受操作人员的技能熟练程度的影响，最终制得的产品质量稳定。工作过程中，各部件相互配合，能够方便准确地实现耦合对准。

2、本发明公开的用于蝶形半导体激光器自动耦合封装的设备，耦合对准方式简单，自动化程度高，适合大批量的生产应用。

3、本发明中使用的光纤夹具，能够方便地放入和取出光纤，同时能够方便地进行粗调和精调，利于光纤准确地对准，同时采用吸气的方式能够方便地吸附光纤的金属套管。

4、本发明中使用的透镜夹具机构能够方便地对透镜夹具的位置进行微调，能实现透镜六个自由度的调节，能更准确地将透镜放置在激光器中。同时，与物料盘机构配合使用，能够方便地调节透镜的角度和位置。

5、本发明中使用的下夹具装置，能方便地夹持蝶形半导体激光器且能准确地定位，同时能够方便地进行上电和位置调节，并且安装或取下蝶形半导体激光器均比较容易。

6、本发明使用的光纤自动调角焊接装置能够精确地实现对激光器不同配件(金属套管和透镜)的焊接工作。

7、本发明中使用的各个部件布局合理、结构设计巧妙，使得设备的结构紧凑、占地面积小、操作空间大，并且便于安装和拆卸。

8、本发明通过提供相应的控制装置，由设定的程序控制各部件动作即可自动完成整个蝶形半导体激光器的耦合封装过程，通过简化操作界面和操作流程，可使工人通过简单培训即可在短时间内进行熟练操作，仅需要一个工人即可完成所有工序流程，大大降低了企业的人工成本。同时，还可以通过设置不同的程序来控制耦合封装效率，实现耦合效率人为可控，这是传统人工手动封装所无法实现的。

附图说明

图1为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备的立体结构示意图。

图2为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备另一视角的立体结构示意图。

图3为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备的焊接区域的放大立体结构示意图。

图4为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中激光功率计的立体结构示意图。

图5为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中光纤夹具的立体结构示意图。

图6为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中光纤夹具的夹具模块的立体结构示意图。

图7为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中光纤夹具的夹具定位座的立体结构示意图。

图8为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中光纤尾端夹具部分的立体结构示意图。

图9为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中光纤金属套管端夹具的立体结构示意图。

图10为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中透镜夹具机构的立体结构示意图。

图11为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备的透镜夹具机构中透镜夹具的立体结构示意图。

图12为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中物料盘机构(未放置料盘时)的立体结构示意图。

图13为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中物料盘机构(放置有料盘时)的立体结构示意图。

图14为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中透镜夹具机构中第二夹具转接板的仰视图。

图15为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中下夹具装置的立体结构示意图。

图16为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中下夹具装置去掉下夹具夹头和蝶形半导体激光器后的立体结构示意图。

图17为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中下夹具装置去掉下夹具夹头后的立体结构示意图。

图18为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中下夹具装置去掉下夹具夹头和绕X轴角位台后的立体结构示意图。

图19为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备的下夹具装置中定位蝶形半导体激光器的部件的立体结构示意图。

图20为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中蝶形半导体激光器的立体结构示意图。

图21为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中光纤自动调角焊接装置的立体结构示意图。

图22为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中光纤自动调角焊接装置另一视角的立体结构示意图。

图23为本发明中料盘的结构示意图。

附图标记：

1、光纤夹具；2、光纤自动调角焊接装置；3、透镜夹具机构；4、下夹具装置；5、物料盘机构；6、立柱；7、底座；8、横梁；9、激光功率计；101、光纤尾端夹具；102、光纤金属套管端夹具；103、夹具定位座；104、角度调整机构；105、强磁放置槽；106、光纤定位槽；107、海绵安装槽；108、定位凸块；109、底部滑轨；110、底部滑块；111、X轴运动平台；112、Y轴运动平台；113、自动旋转平台；114、Z轴运动平台；115、夹具锁紧孔；116、光纤放置口；117、夹具安装支架；118、气管接头；119、吸附孔；120、金属套管定位槽；202、安装座；203、自动转台；205、自动转台的驱动电机；206、直线运动平台；207、焊枪相机；209、焊枪转接板；210、Y向运动平台；211、X向运动平台；212、Z向运动平台；213、视觉相机转接板；214、视觉相机；215、焊枪机构Z向调整平台；216、焊枪；217、焊枪机构X向滑动机构；218、焊枪机构Y向调整平台；301、透镜夹具机构的滑轨；302、X轴方向运动平台；303、Y轴方向运动平台；304、Z轴转接板；305、绕Z轴角位台；306、Z轴方向运动平台；307、绕Y轴角位台；308、纵向运动气缸；309、第一夹具转接板；310、第二夹具转接板；311、透镜夹具；313、滑块驱动电机；314、透镜夹具机构的滑块；315、吸气管连接孔；316、透镜吸附孔；317、斜面；318、方形块；401、蝶形半导体激光器；402、第一上电板夹具；403、第二上电板夹具；404、上电板夹具滑轨；405、上电板；406、下夹具夹紧气缸；407、第一上电板夹具微型气缸；408、绕X轴角位台；409、角位台驱动电机；410、下夹具夹头；411、激光器放置槽；412、定位面；413、固定限位块；414、弹簧；415、上电板夹具滑块；501、滑块驱动电动机；502、物料盘机构的滑轨；503、物料盘机构的滑块；504、Z轴向运动平台；505、料盘；506、料盘安装座；507、旋钮；508、水平旋转平台；509、安装座限位槽；510、退料孔；901、探头；902、Z轴导轨气缸；903、底部导轨气缸。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

为实施本发明的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，在实施例中，首先对实施该自动耦合封装方法的设备进行介绍。

如图1和2所示，本实施例提供了一种蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，包括立柱6、横梁8、以及设置在底座7上的光纤夹具1、透镜夹具机构3、下夹具装置4、物料盘机构5、以及激光功率计9，在所述横梁8上设置有光纤自动调角焊接装置2，所述光纤夹具1、透镜夹具机构3相对设置，在所述光纤夹具1与透镜夹具机构3之间设置所述下夹具装置4，在所述下夹具装置4一侧设置所述物料盘机构5以方便所述透镜夹具机构3获取所述物料盘机构5上的透镜；所述光纤夹具1、透镜夹具机构3、以及光纤自动调角焊接装置2均能够进行位置调整以实现蝶形半导体激光器的准确耦合封装。

在本实施例中，所述激光功率计9设置于所述光纤夹具1一侧；所述激光功率计9安装在具有Z轴导轨气缸902和底部导轨气缸903的支架上，所述激光功率计9上的探头901朝着所述下夹具装置4方向，所述激光功率计9能够通过Z轴导轨气缸902和底部导轨气缸903进行位置调整。更优选的，所述激光功率计9为光热型激光功率计。

进一步地，如图5-9所示，所述光纤夹具1包括光纤夹具位置调整装置和夹具模块，所述夹具模块通过L型转接板安装在光纤夹具位置调整装置上，所述夹具模块包括夹具安装支架117、夹具定位座103、角度调整机构104、光纤尾端夹具101以及悬挂设置在光纤尾端夹具101前方的光纤金属套管端夹具102，所述夹具安装支架117固定在L型转接板上并开设有通孔，所述光纤尾端夹具101穿过所述通孔而固定在夹具安装支架117上；在所述夹具定位座103、夹具安装支架117以及角度调整机构104上均开设有呈狭缝状且与所述光纤尾端夹具101的纵向延伸方向基本平行的光纤放置口116，以使光纤能够方便地放入所述光纤尾端夹具101中。

图8中，所述光纤尾端夹具101包括上盖和基座，所述上盖铰接在所述基座上，所述基座上开设有强磁放置槽105，所述基座中部还设置有光纤定位槽106(优选为V型槽，有助于起到定位作用)，在所述上盖上与所述光纤定位槽106相对应地设置有海绵安装槽107。当所述上盖与基座合上后，在强磁放置槽105内的强磁铁的作用下，上盖仅仅地贴合在基座上，同时由于海绵安装槽107内安装有海绵，海绵的设置有利于夹紧光纤定位槽106中的光纤。更优选的，所述夹具安装支架117的通孔上还开设有夹具锁紧孔115，通过锁紧螺栓穿过所述夹具锁紧孔115，能够使光纤尾端夹具101方便地固定在夹具安装支架117上。更优选的，在所述强磁放置槽105的两端分别设置固定螺孔，可以安装手拧螺栓，辅助固定上盖合紧。

所述夹具安装支架117的通孔的内表面还设置有定位凸块108，所述角度调整机构104为圆周方向均匀间隔开设有多个与所述定位凸块108相匹配的凹槽的圆形齿状环，所述圆形齿状环与所述光纤尾端夹具101固定连接或一体成型，通过旋转角度调整机构104并使其上的凹槽与所述定位凸块108卡合，即可实现所述光纤尾端夹具101的角度调整。

本实施例中，优选所述光纤夹具位置调整装置包括底部滑轨109，设置在所述底部滑轨109上的底部滑块110，从下往上依次设置在底部滑块110上的X轴运动平台111、Y轴运动平台112和Z轴运动平台114，以及自动旋转平台113；所述自动旋转平台113的一端与L型转接板固定连接，所述自动旋转平台113的另一端与Z轴运动平台114固定连接。所述自动旋转平台113能够带动整个夹具模块旋转，用于微调光纤的轴向角度。

如图9所示，所述光纤金属套管端夹具102整体呈T字形，所述光纤金属套管端夹具102内部为中空结构，在其一端开设有金属套管定位槽120，并在金属套管定位槽120内设置有用于吸附光纤金属套管的吸附孔119，在光纤金属套管端夹具102另一端开设有与吸气管连接的气管接头118，所述气管接头118与吸附孔119连通，通过吸气管吸气，在吸附孔119的位置形成负压，从而吸附光纤金属套管。

所述光纤夹具1在工作原理如下：将光纤通过光纤放置口116放进光纤尾端夹具101的光纤定位槽106内，设置光纤放置口116的目的是为了方便光纤的装夹，且不需要将光纤尾端夹具101取下安装光纤；在强磁放置槽105内设置强磁铁，在上盖合上是，可以保证上盖固定，同时强磁放置槽105的两端可以分别设置固定螺孔，安装手拧螺栓，辅助固定上盖合紧。光纤定位槽106可以设置为V型槽，以方便起到定位作用。在海绵安装槽107内可以设置海绵等软质材料，所述软质材料稍稍突出海绵安装槽107设置，以方便在上盖合上时能压紧光纤。在光纤尾端夹具101的尾部设置角度调整机构104，通过与夹具定位座103的配合，可以实现旋转定位的功能。每两个凹槽之间的角度为15度，在调整好之后，插入夹具安装支架117，角度调整机构104上的凹槽与夹具定位座103上的定位凸块108相配合，再通过夹具锁紧孔115内的锁紧螺栓固定光纤尾端夹具101。所述光纤金属套管端夹具102安装在夹具安装支架117的前端，所述光纤金属套管端夹具102上设置有气管接头118，与吸气管连接；所述光纤金属套管端夹具102的内部为中空，所述气管接头118与吸附孔119相连通，通过吸气管吸气，在吸附孔119的位置形成负压，用于吸附光纤金属套管。自动旋转平台113，用于微调光纤的轴向角度，其能够带动整个夹具模块转动。光纤尾端夹具101中放置光纤的圆心与吸附在金属套管定位槽120上的光纤金属套管的圆心始终重合；光纤的前端突出设置有光纤金属套管，且光纤的顶端具有8度的倾斜角度，自动旋转平台113的作用是为了光纤的前端切面为直线。所述底部滑块110用于带动整个光纤夹具在底部滑轨109上运动，再通过X轴运动平台111、Y轴运动平台112以及Z轴运动平台114对光纤在XYZ三个方向的位置进行微调，使得光纤的前端与激光器内透镜的光焦点位置重合，达到光功率的最大值。

进一步的，如图10-11所示，所述透镜夹具机构3包括透镜夹具位置调整装置和透镜夹具311，所述透镜夹具311通过夹具转接板固定在所述透镜夹具位置调整装置上；所述透镜夹具311整体呈T字形，所述透镜夹具311的一端设有透镜吸附孔316，在所述透镜夹具311的另一端设置有吸气管连接孔315，所述吸气管连接孔315与透镜吸附孔316从透镜夹具311的内部相连通；通过连接在吸气管连接孔315上的吸气管，使透镜吸附孔316处形成负压，从而将透镜吸附在夹具上。更优选的，所述透镜夹具311上靠近透镜吸附孔316的一端呈方形块318，所述吸附孔为多个，均匀分布在所述方形块318末端的平面上。

所述夹具转接板有两个，分别为第一夹具转接板309和第二夹具转接板310，所述第一夹具转接板309的一端与所述透镜夹具位置调整装置固定连接，所述第一夹具转接板309的另一端与第二夹具转接板310的一端连接，所述第二夹具转接板310的另一端与所述透镜夹具311相连接；所述第二夹具转接板310与所述透镜夹具311相连接的面具有一定的预设角度，呈斜面317(见图14)。该斜面317可以根据器件的放置角度要求而进行任意切割(切割为横向切割)，本实施例中优选角度为3.8°。

所述透镜夹具位置调整装置包括透镜夹具机构的滑轨301，透镜夹具机构的滑块314，滑块驱动电机313，从下至上依次设置在透镜夹具机构的滑块314上的X轴方向运动平台302、Y轴方向运动平台303、Z轴转接板304和Z轴方向运动平台306，设置在Z轴方向运动平台306一侧的绕Z轴角位台305和绕Y轴角位台307，设置在所述绕Y轴角位台307一侧的纵向运动气缸308，所述纵向运动气缸308与所述第一夹具转接板309固定连接，用于驱动透镜夹具311纵向运动。

所述透镜夹具的工作过程如下：由滑块驱动电机313驱动整体透镜夹具机构横向运动，是为了更方便地在物料盘机构5(参见后述对物料盘机构5的详述)上吸取透镜。X轴方向运动平台302、Y轴方向运动平台303、Z轴方向运动平台306能够对透镜夹具的三个方向位置进行微调，为了使透镜更准确地放置在激光器中。所述透镜夹具上设置有吸气管连接孔315和透镜吸附孔316，所述吸气管连接孔315和透镜吸附孔316吸内部相连通，通过连接在吸气管连接孔315上的吸气管，使透镜吸附孔316处形成负压，从而将透镜吸附在透镜夹具上。纵向运动气缸308的作用时为了使夹具在纵向有一定的行程空间，方便取料和放置透镜。绕Z轴角位台305和绕Y轴角位台307的设置，能够使透镜在Y轴和Z轴的方向有一定的旋转角度(正负5°)。本发明的其中一个目的就是能够实现透镜六个自由度的调节，该透镜夹具机构3具有五个自由度的调整装置，能够实现五个自由度的调节，分别为X轴方向运动平台302、Y轴方向运动平台303、Z轴方向运动平台306、以及绕Z轴角位台305、绕Y轴角位台307，另一个自由度的调整装置为设置在下夹具上的绕X轴角位台408(参见后述对下夹具装置4的详述)，六个装置相互配合，能够实现透镜六个自由度的调节，使透镜在激光器的放置位置更加准确，且本实施例中透镜的几何中心与绕Y轴角位台307以及绕Z轴角位台305的旋转中心线的交点重合，同时透镜的几何中心位于下夹具装置4的绕X轴角位台408的旋转中心线上。

如图12-13所示，在本实施例中，与透镜夹具机构3配合使用的物料盘机构5包括物料盘机构的滑轨502、物料盘机构的滑块503、滑块驱动电动机501、Z轴向运动平台504、水平旋转平台508、料盘安装座506和料盘505，所述Z轴向运动平台504安装在物料盘机构的滑块503上，所述水平旋转平台508安装在Z轴向运动平台504上，在水平旋转平台508的上方安装有料盘安装座506，所述料盘安装座506的一侧开设有安装座限位槽509，料盘505过盈配合安装在安装座限位槽509内；所述水平旋转平台508的一侧设置有能控制水平旋转平台508的旋转角度的旋钮507，所述滑块驱动电动机501能够驱动物料盘机构的滑块503在物料盘机构的滑轨502上移动。

进一步的，所述料盘505呈矩形，所述料盘505的中间均匀设置有多个透镜放置槽，所述料盘505四周的角落部位设置有四个矩形孔。所述矩形孔的大小足够使透镜夹具上的方形块318穿过。图23中示出了一种料盘的结构示意图。在每个所述透镜放置槽的下方还设置有退料孔510。设置退料孔510是为了在器件耦合失败，透镜被放回料盘后便于手动取出和更换。

所述物料盘机构5与所述透镜夹具机构3配合使用，工作原理如下：通过Z轴向运动平台504和旋钮507调整物料盘机构5的初始位置，物料盘机构的滑轨502能够使料盘505沿X方向运动，其与所述透镜夹具机构3的滑轨配合运动(透镜夹具机构的滑轨301在整机的相对位置是沿Y方向的)，实现了透镜夹具机构相对料盘505在XY二维平面内的取料，在实现功能的同时使得结构紧凑稳定。水平旋转平台508的旋钮507的作用是为了配合透镜夹具的倾斜角要求(如前所述的本申请要求为3.8°)。在料盘505上设置多个透镜放置槽，用于存放透镜；料盘505四周的四个矩形孔(比透镜放置槽大)，是为了调整透镜与透镜夹具的配合位置。由于透镜夹具的吸取面为平面(即前述方形块318末端的平面)，没有限位功能，因此在吸取透镜时有可能存在偏差，透镜夹具在吸取透镜之后在矩形孔(料盘505四周的角落部位设置的四个矩形孔)的对角位置进行两次贴靠，能有效地调整透镜的角度和位置，使透镜可以更加准确的放置在激光器中。方形块318的截面与透镜的大小一致，使得透镜夹具底部面积与透镜大小一致，方便透镜夹具吸取透镜后在料盘505的矩形孔内贴靠调整。通过透镜夹具机构与物料盘机构5配合使用，完成透镜的吸取和放置。

如图15-19所示，本实施例中的下夹具装置4包括支架、以及设置在支架上方的蝶形半导体激光器401(图20示出了蝶形半导体激光器的立体结构示意图)、激光器放置槽411、第一上电板夹具402、第二上电板夹具403、上电板405、下夹具夹紧气缸406、下夹具夹头410、上电板夹具滑轨404、第一上电板夹具微型气缸407、固定限位块413以及弹簧414，所述上电板夹具滑轨404有四个呈两组布置，每组中的两个上电板夹具滑轨404相互平行，每个上电板夹具滑轨404上均设置有一个上电板夹具滑块415，所述第一上电板夹具402和第二上电板夹具403分别连接两组上电板夹具滑轨404上的上电板夹具滑块415，在所述第一上电板夹具402和第二上电板夹具403各自的中间部位分别安装上电板405，所述激光器放置槽411设置在所述第一上电板夹具402和第二上电板夹具403之间；第一上电板夹具微型气缸407设置在第一上电板夹具402远离激光放置槽的一侧，所述固定限位块413设置在第一上电板夹具402靠近激光放置槽的一侧，所述第一上电板夹具微型气缸407的活塞杆套设弹簧414后再穿过第一上电板夹具402上的通孔并顶在固定限位块413上；所述下夹具夹紧气缸406与下夹具夹头410连接，所述下夹具夹紧气缸406能带动下夹具夹头410水平移动以夹住蝶形半导体激光器401。更优选的，所述下夹具夹紧气缸406设置在激光器放置槽411的下方，所述下夹具夹头410设置在第一上电板夹具402一侧。

进一步的，所述激光器放置槽411的底面呈矩形，并且在矩形的三条边上各设有突出于底面的一个定位面412，分别为靠近第二上电板夹具403一侧的一条边以及垂直于第二上电板夹具403的两条边；所述激光器放置槽411靠近第一上电板夹具402一侧不设置定位面412(如图16所示)。

进一步的，所述支架的下方安装有绕X轴角位台408，所述绕绕X轴角位套的一侧设置有角位台驱动电机409，所述角位台驱动电机409能驱动所述绕X轴角位台408运动以实现角度调整。更优选的，所述绕X轴角位台408的调整角度范围为±10°。

所述下夹具装置的工作原理如下：将所述蝶形半导体激光器401放置在所述激光器放置槽411内，通过所述下夹具夹紧气缸406的驱动，控制下夹具夹头410水平移动，夹住蝶形半导体激光器401，使蝶形半导体激光器401固定在激光器放置槽411内。蝶形半导体激光器401通过激光器放置槽411的三个定位面412进行定位。蝶形半导体激光器401的两侧设置有多根引脚，所述上电板夹具滑轨404的上方设置有上电板夹具滑块415，所述第一上电板夹具402和第二上电板夹具403各自的两端分别固定在上电板夹具滑块415(上电板夹具滑块415也有四个，分为两组)上，在第一上电板夹具402和第二上电板夹具403各自的中间固定安装有上电板405，所述第一上电板夹具微型气缸407固定安装在第一上电板夹具402的底部，所述第一上电板夹具微型气缸407的活塞杆穿过第一上电板夹具402顶在固定限位块413上，所述第一上电板夹具微型气缸407在工作时，活塞杆伸出气缸，由于固定限位块413的作用，带动第一上电板夹具402反向运动(即远离激光器放置槽411方向运动)，在将蝶形半导体激光器401放置好后，所述第一上电板微型气缸停止工作，所述第一上电板夹具402在弹簧414的作用下回到原位，带动第一上电板夹具402上的上电板与蝶形半导体激光器401的一侧引脚相接触，然后再手动推动第二上电板夹具403，是第二上电板夹具403上的上电板与蝶形半导体激光器401的另一侧引脚接触，从而实现给蝶形半导体激光器401上电的功能。

如图21-22所示，本实施例中，所述光纤自动调角焊接装置2包括与横梁8固定连接的三维移动装置以及与所述三维移动装置固定连接的安装座202，所述安装座202上对称安装有两个自动转台203，两个所述自动转台203上分别安装有直线运动平台206，两个所述直线运动平台206上分别通过焊枪转接板209安装有焊枪216，两个所述焊枪216相互对称设置并形成一定的夹角；两个所述焊枪216的后端均设置有焊枪相机207；所述直线运动平台206的直线运动方向与其上安装的焊枪所射出激光的方向相同；在所述自动转台203的一侧设置有自动转台的驱动电机205；在对称设置的两个所述焊枪216之间设置有视觉相机214。

进一步的，所述视觉相机214通过视觉相机转接板213连接在位移调节装置上，所述位移调节装置包括X向运动平台211、Y向运动平台210以及Z向运动平台212，所述位移调节装置固定设置在横梁8上。

具体地，所述三维移动装置包括与横梁8固定连接的焊枪机构X向滑动机构217，与焊枪机构X向滑动机构217连接的焊枪机构Y向调整平台218218以及与焊枪机构Y向调整平台218218连接的焊枪机构Z向调整平台215，通过焊枪机构X向滑动机构217、焊枪机构Y向调整平台218以及焊枪机构Z向调整平台215，能够实现安装座的三维移动。更优选的，所述焊枪机构X向滑动机构217包括滑动轨道以及滑动块，所述焊枪机构Y向调整平台218与滑动块固定连接。

所述光纤自动调角焊接装置2的工作原理如下：两个焊枪对称分布，通过自动转台203调整角度，通过焊枪相机207实时监测激光的焦点位置，然后控制自动转台203转动以及直线运动平台206、焊枪机构Z向调整平台215的移动，实现焊枪的激光焦点位置的确定。其中，直线运动平台206是根据自动转台203的转动，沿焊枪的激光射出方向直线运动，调整单个焊枪的位置。焊枪机构Z向调整平台215是调整一对焊枪机构的整体的Z向位置。焊枪机构X向滑动机构217控制焊枪的X向位置，实现对激光器内不同配件(金属套管以及透镜)的焊接工作。焊枪机构Y向调整平台218是初始调节机构，为了使焊枪的激光焦点与光纤轴向对中。所述视觉相机214具有两方面的作用：其一是观察光纤前端的倾斜角是否呈直线投影，若不是直线，需要调整光纤夹具的角度(通过角度调整机构104进行粗调)，直到倾斜角近似呈直线投影为止；其二是在光纤与光纤夹具同时耦合的过程中(即光功率值精搜索阶段)通过视觉相机214及其电脑软件的自动判别(采用机器视觉相关原理)精调光纤夹具的角度，直到倾斜角更加近似呈直线投影并且光功率达到最大值或者理想范围值为止。

本实施例中的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备的各大机构或装置通过控制系统控制(可以是电脑，通过电脑程序控制)，实现自动化耦合封装。

采用上述蝶形半导体激光器自动耦合封装设备进行耦合封装的方法，包括如下步骤：

S1、在物料盘机构5上的料盘505内装上透镜，将激光器管壳放置在下夹具装置4上并夹紧，通过上电板405对蝶形半导体激光器401上电；

S2、将光纤放置在光纤夹具1的光纤尾端夹具101上；同时，激光器功率计移动到指定位置，激光功率计9上的探头与蝶形半导体激光器401的光纤入口同轴，对蝶形半导体激光器401通过透镜射出的光进行光功率检测；

S3、透镜夹具311移动至物料盘机构5的位置吸取透镜，并做相应的位置调整；吸取之后的透镜夹具311回到耦合的初始位置，所述耦合的初始位置是通过电脑设定的放置位置、或为保存的前一个部件光耦合的放置位置；此时透镜在放置位置上，但并没有脱离透镜夹具311，通过激光功率计9的探头进行检测，同时对透镜进行6个自由度的调节，待探头901检测到的光功率最大时调节完成，结束调节，电脑记录下透镜的坐标位置以备后用；透镜夹具311带着透镜退出激光器管壳，激光功率计9回到激光功率计9的初始位置；

S4、通过电脑对光纤尾端夹具101的位置自动调节，使光纤尾端夹具101和光纤金属套管端夹具102中光纤的圆心与蝶形半导体激光器401的光纤入口同轴，并且使光纤金属套管端夹具102位于激光器管壳内部，将光纤定位槽106上方的上盖打开，将光纤从光纤入口推入蝶形半导体激光器401，并使光纤金属套管移动到光纤金属套管端夹具102的吸附位置，关闭上盖；通过光纤自动调角焊接装置2中的视觉相机214观测光纤的端面投影是否为直线，若不是直线，则利用角度调整机构104进行粗调；光纤金属套管端夹具102开始吸附金属套管；再通过电脑控制对光纤夹具1的位置自动调节，当蝶形半导体激光器401的射光在光纤内的光功率达到最大值时结束调节；

S5、透镜夹具311带动透镜回到步骤S3中电脑记录下的透镜的坐标位置，电脑控制光纤夹具1和透镜夹具机构3同时调节，使蝶形半导体激光器401的射光穿过透镜，进入光纤的光功率为最大值，此时光纤自动调角焊接装置2对光纤金属套管和透镜进行分别焊接，焊接的位置通过光纤自动调角焊接装置2的焊枪相机207实时监测；焊接完成之后，光纤夹具1和透镜夹具311松开，光纤尾端夹具101的上盖打开，将光纤取出之后，光纤夹具1和透镜夹具311退回到各自的初始位置；

S6、下夹具装置4上的蝶形半导体激光器401封装完成，取下蝶形半导体激光器401，更换新的激光器管壳，准备下一次封装。

所述步骤S2中，通过底部导轨气缸903和Z轴导轨气缸902带动激光功率计9移动。

所述步骤S2中，先将光纤夹具1通过底部滑轨109滑动到靠近操作人员的一端后，操作人员再将光纤放置在光纤尾端夹具101上；在步骤S4中，先将光纤夹具1通过底部滑轨109退回到光纤夹具1的初始位置，然后再通过电脑对光纤尾端夹具101的位置自动调节。

所述步骤S3中，吸取透镜时，透镜夹具311通过底部设置的透镜夹具机构3的滑轨移动至物料盘机构5的位置吸取透镜；对透镜进行自由度调节时是由电脑控制透镜夹具311而进行自动调节。

所述步骤S3中，激光功率计9通过底部导轨气缸903回到激光功率计9的初始位置。所述激光功率计9可以是光热型激光功率计。

步骤S4中进行的粗调的方式具体为：抽出光纤尾端夹具101，手动旋转一定角度之后再插入夹具定位座103内，并通过手拧螺丝拧紧；所述对光纤夹具1的位置自动调节是通过对X轴运动平台111、Y轴运动平台112、Z轴运动平台114的调节和自动旋转平台113的微调而进行的。

步骤S5中进行调节后使得进入光纤的光功率为最大值时的调节精度比步骤S4中光功率为最大值时的调节精度更高；步骤S5中，焊接的位置能够通过光纤自动调角焊接装置2的各个运动平台调节，同时，各个运动平台的调节能使光纤自动调角焊接装置2适应不同类型不同焊接位置的需求。

所述步骤S5中，焊接完成之后，光纤夹具1和透镜夹具311松开是通过停止吸气而实现的。

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

Claims (8)

1.一种蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，该自动耦合封装方法采用蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，其特征在于：所述蝶形半导体激光器自动耦合封装设备包括立柱、横梁、以及设置在底座上的光纤夹具、透镜夹具机构、下夹具装置、物料盘机构、以及激光功率计，在所述横梁上设置有光纤自动调角焊接装置，所述光纤夹具、透镜夹具机构相对设置，在所述光纤夹具与透镜夹具机构之间设置所述下夹具装置，在所述下夹具装置一侧设置所述物料盘机构以方便所述透镜夹具机构获取所述物料盘机构上的透镜；所述光纤夹具、透镜夹具机构、以及光纤自动调角焊接装置均能够进行位置调整以实现蝶形半导体激光器的准确耦合封装；

所述激光功率计设置于所述光纤夹具一侧；所述激光功率计安装在具有Z轴导轨气缸和底部导轨气缸的支架上，所述激光功率计上的探头朝着所述下夹具装置方向，所述激光功率计能够通过Z轴导轨气缸和底部导轨气缸进行位置调整；

所述光纤夹具包括光纤夹具位置调整装置和夹具模块，所述夹具模块通过L型转接板安装在光纤夹具位置调整装置上，所述夹具模块包括夹具安装支架、夹具定位座、角度调整机构、光纤尾端夹具以及悬挂设置在光纤尾端夹具前方的光纤金属套管端夹具，所述夹具安装支架固定在L型转接板上并开设有通孔，所述光纤尾端夹具穿过所述通孔而固定在夹具安装支架上；在所述夹具定位座、夹具安装支架以及角度调整机构上均开设有呈狭缝状且与所述光纤尾端夹具的纵向延伸方向基本平行的光纤放置口，以使光纤能够方便地放入所述光纤尾端夹具中；

所述光纤尾端夹具包括上盖和基座，所述上盖铰接在所述基座上，所述基座上开设有强磁放置槽，所述基座中部还设置有光纤定位槽，在所述上盖上与所述光纤定位槽相对应地设置有海绵安装槽；所述夹具安装支架的通孔的内表面还设置有定位凸块，所述角度调整机构为圆周方向均匀间隔开设有多个与所述定位凸块相匹配的凹槽的圆形齿状环，所述圆形齿状环与所述光纤尾端夹具固定连接或一体成型，通过旋转角度调整机构并使其上的凹槽与所述定位凸块卡合，即可实现所述光纤尾端夹具的角度调整；

所述光纤夹具位置调整装置包括底部滑轨，设置在所述底部滑轨上的底部滑块，从下往上依次设置在底部滑块上的X轴运动平台、Y轴运动平台和Z轴运动平台，以及自动旋转平台；所述自动旋转平台的一端与L型转接板固定连接，所述自动旋转平台的另一端与Z轴运动平台固定连接；所述自动旋转平台能够带动整个夹具模块旋转，用于微调光纤的轴向角度；

所述光纤金属套管端夹具整体呈T字形，所述光纤金属套管端夹具内部为中空结构，在其一端开设有金属套管定位槽，并在金属套管定位槽内设置有用于吸附光纤金属套管的吸附孔，在光纤金属套管端夹具另一端开设有与吸气管连接的气管接头，所述气管接头与吸附孔连通，通过吸气管吸气，在吸附孔的位置形成负压，从而吸附光纤金属套管；

所述透镜夹具机构包括透镜夹具位置调整装置和透镜夹具，所述透镜夹具通过夹具转接板固定在所述透镜夹具位置调整装置上；所述透镜夹具整体呈T字形，所述透镜夹具的一端设有透镜吸附孔，在所述透镜夹具的另一端设置有吸气管连接孔，所述吸气管连接孔与透镜吸附孔从透镜夹具的内部相连通；通过连接在吸气管连接孔上的吸气管，使透镜吸附孔处形成负压，从而将透镜吸附在夹具上；

所述夹具转接板有两个，分别为第一夹具转接板和第二夹具转接板，所述第一夹具转接板的一端与所述透镜夹具位置调整装置固定连接，所述第一夹具转接板的另一端与第二夹具转接板的一端连接，所述第二夹具转接板的另一端与所述透镜夹具相连接；所述第二夹具转接板与所述透镜夹具相连接的面具有一定的预设角度，呈斜面；

所述透镜夹具位置调整装置包括透镜夹具机构的滑轨，透镜夹具机构的滑块，滑块驱动电机，从下至上依次设置在透镜夹具机构的滑块上的X轴方向运动平台、Y轴方向运动平台、Z轴转接板和Z轴方向运动平台，设置在Z轴方向运动平台一侧的绕Z轴角位台和绕Y轴角位台，设置在所述绕Y轴角位台一侧的纵向运动气缸，所述纵向运动气缸与所述第一夹具转接板固定连接，用于驱动透镜夹具纵向运动；

所述物料盘机构包括物料盘机构的滑轨、物料盘机构的滑块、滑块驱动电动机、Z轴向运动平台、水平旋转平台、料盘安装座和料盘，所述Z轴向运动平台安装在物料盘机构的滑块上，所述水平旋转平台安装在Z轴向运动平台上，在水平旋转平台的上方安装有料盘安装座，所述料盘安装座的一侧开设有安装座限位槽，料盘过盈配合安装在安装座限位槽内；所述水平旋转平台的一侧设置有能控制水平旋转平台的旋转角度的旋钮，所述滑块驱动电动机能够驱动物料盘机构的滑块在物料盘机构的滑轨上移动；

所述下夹具装置包括支架、以及设置在支架上方的蝶形半导体激光器、激光器放置槽、第一上电板夹具、第二上电板夹具、上电板、下夹具夹紧气缸、下夹具夹头、上电板夹具滑轨、第一上电板夹具微型气缸、固定限位块以及弹簧，所述上电板夹具滑轨有四个呈两组布置，每组中的两个上电板夹具滑轨相互平行，每个上电板夹具滑轨上均设置有一个上电板夹具滑块，所述第一上电板夹具和第二上电板夹具分别连接两组上电板夹具滑轨上的上电板夹具滑块，在所述第一上电板夹具和第二上电板夹具各自的中间部位分别安装上电板，所述激光器放置槽设置在所述第一上电板夹具和第二上电板夹具之间；第一上电板夹具微型气缸设置在第一上电板夹具远离激光放置槽的一侧，所述固定限位块设置在第一上电板夹具靠近激光放置槽的一侧，所述第一上电板夹具微型气缸的活塞杆套设弹簧后再穿过第一上电板夹具上的通孔并顶在固定限位块上；所述下夹具夹紧气缸与下夹具夹头连接，所述下夹具夹紧气缸能带动下夹具夹头水平移动以夹住蝶形半导体激光器；

所述光纤自动调角焊接装置包括与横梁固定连接的三维移动装置以及与所述三维移动装置固定连接的安装座，所述安装座上对称安装有两个自动转台，两个所述自动转台上分别安装有直线运动平台，两个所述直线运动平台上分别通过焊枪转接板安装有焊枪，两个所述焊枪相互对称设置并形成一定的夹角；两个所述焊枪的后端均设置有焊枪相机；所述直线运动平台的直线运动方向与其上安装的焊枪所射出激光的方向相同；在所述自动转台的一侧设置有自动转台的驱动电机；在对称设置的两个所述焊枪之间设置有视觉相机；

所述蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，具体包括如下步骤：

S1、在物料盘机构上的料盘内装上透镜，将激光器管壳放置在下夹具装置上并夹紧，通过上电板对蝶形半导体激光器上电；

S2、将光纤放置在光纤夹具的光纤尾端夹具上；同时，激光器功率计移动到指定位置，激光功率计上的探头与蝶形半导体激光器的光纤入口同轴，对蝶形半导体激光器通过透镜射出的光进行光功率检测；

S3、透镜夹具移动至物料盘机构的位置吸取透镜，并做相应的位置调整；吸取之后的透镜夹具回到耦合的初始位置，所述耦合的初始位置是通过电脑设定的放置位置、或为保存的前一个部件光耦合的放置位置；此时透镜在放置位置上，但并没有脱离透镜夹具，通过激光功率计的探头进行检测，同时对透镜进行6个自由度的调节，待探头检测到的光功率最大时调节完成，结束调节，电脑记录下透镜的坐标位置以备后用；透镜夹具带着透镜退出激光器管壳，激光功率计回到激光功率计的初始位置；

S4、通过电脑对光纤尾端夹具的位置自动调节，使光纤尾端夹具和光纤金属套管端夹具中光纤的圆心与蝶形半导体激光器的光纤入口同轴，并且使光纤金属套管端夹具位于激光器管壳内部，将光纤定位槽上方的上盖打开，将光纤从光纤入口推入蝶形半导体激光器，并使光纤金属套管移动到光纤金属套管端夹具的吸附位置，关闭上盖；通过光纤自动调角焊接装置中的视觉相机观测光纤的端面投影是否为直线，若不是直线，则利用角度调整机构进行粗调；光纤金属套管端夹具开始吸附金属套管；再通过电脑控制对光纤夹具的位置自动调节，当蝶形半导体激光器的射光在光纤内的光功率达到最大值时结束调节；

S5、透镜夹具带动透镜回到步骤S3中电脑记录下的透镜的坐标位置，电脑控制光纤夹具和透镜夹具机构同时调节，使蝶形半导体激光器的射光穿过透镜，进入光纤的光功率为最大值，此时光纤自动调角焊接装置对光纤金属套管和透镜进行分别焊接，焊接的位置通过光纤自动调角焊接装置的焊枪相机实时监测；焊接完成之后，光纤夹具和透镜夹具松开，光纤尾端夹具的上盖打开，将光纤取出之后，光纤夹具和透镜夹具退回到各自的初始位置；

S6、下夹具装置上的蝶形半导体激光器封装完成，取下蝶形半导体激光器，更换新的激光器管壳，准备下一次封装。

2.如权利要求1所述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，其特征在于：所述步骤S2中，通过底部导轨气缸和Z轴导轨气缸带动激光功率计移动。

3.如权利要求1所述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，其特征在于：所述步骤S2中，先将光纤夹具通过底部滑轨滑动到靠近操作人员的一端后，操作人员再将光纤放置在光纤尾端夹具上；在步骤S4中，先将光纤夹具通过底部滑轨退回到光纤夹具的初始位置，然后再通过电脑对光纤尾端夹具的位置自动调节。

4.如权利要求1所述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，其特征在于：所述步骤S3中，吸取透镜时，透镜夹具通过底部设置的透镜夹具机构的滑轨移动至物料盘机构的位置吸取透镜；对透镜进行自由度调节时是由电脑控制透镜夹具而进行自动调节。

5.如权利要求1所述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，其特征在于：所述步骤S3中，激光功率计通过底部导轨气缸回到激光功率计的初始位置。

6.如权利要求1所述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，其特征在于：步骤S4中进行的粗调的方式具体为：抽出光纤尾端夹具，手动旋转一定角度之后再插入夹具定位座内，并通过手拧螺丝拧紧；所述对光纤夹具的位置自动调节是通过对X轴运动平台、Y轴运动平台、Z轴运动平台的调节和自动旋转平台的微调而进行的。

7.如权利要求1所述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，其特征在于：步骤S5中进行调节后使得进入光纤的光功率为最大值时的调节精度比步骤S4中光功率为最大值时的调节精度更高；步骤S5中，焊接的位置能够通过光纤自动调角焊接装置的各个运动平台调节，同时，各个运动平台的调节能使光纤自动调角焊接装置适应不同类型不同焊接位置的需求。

8.如权利要求1所述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，其特征在于：所述步骤S5中，焊接完成之后，光纤夹具和透镜夹具松开是通过停止吸气而实现的。