專利名稱：半導體激光二極管自動耦合裝置及其實現(xiàn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光纖耦合的器械和使用方法，具體是指半導體激光二極管自動耦合裝置及其實現(xiàn)方法。
背景技術：
在光通信行業(yè)中，光纖與激光器進行封裝，以實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，一般采用激光焊接工藝。光纖通信所用激光器一般采用T056管芯，激光器因波長、功率、焦距、封裝結(jié)構(gòu)等差異，不能直接與光纖或光纜連接使用，必須加工成與光纖活動連接器標準結(jié)構(gòu)相連接，且必須滿足一定光功率范圍，以適應不同的光傳輸距離。光傳輸路徑主要為光纖纖芯，光纖纖芯單模為Φ9ιιπι，激光器焦點光斑一般在 Φ 5 10um，激光器自身功率常規(guī)在0. 5 6mW范圍內(nèi)，客戶要求功率從0 3mW內(nèi)的各種不同范圍。激光器在進入光纖界面時，若光垂直反射返回激光器內(nèi)部，會對激光器本身光源造成干擾，故在光纖界面設有一定角度，但因此光進入光纖的功率帶有很強的方向性，造成封裝產(chǎn)品最終光功率不穩(wěn)定。正因為這些因素的影響，使光纖封裝要求越來越嚴格。近年來，隨著全球通信行業(yè)的發(fā)展和國家對通信行業(yè)的大力支持，光纖通信行業(yè)迅猛發(fā)展，光纖到戶計劃的實施，光纖通信產(chǎn)品需求量越來越大。今年EPON和GPON通信產(chǎn)品全球市場需求量在幾百萬只以上，但同時通信行業(yè)每年均存在不同程度的低迷期， 使企業(yè)既要保證市場需求，又要考慮市場低迷期帶來的負面影響，故企業(yè)不敢太多地投入大力的人力物力。這就要求企業(yè)采用各種辦法，利用有限的資源去盡可能地提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率。在市場與產(chǎn)量的綜合矛盾下，自動化生產(chǎn)設備的研發(fā)成為光纖通信企業(yè)發(fā)展一個重要方向，光纖與激光器耦合工藝是整個光纖通信產(chǎn)品的最核心環(huán)節(jié)，故光纖與激光器耦合自動化設備成為一個重要的研究項目。目前，在光纖通信行業(yè)中的光纖耦合設備因不同公司背景和實力等差異，自行設計和外購的各類耦合設備也是多種多樣，甚至同公司存在多種版本的耦合夾具。目前國內(nèi)大多數(shù)均為人工耦合，在人工光纖耦合中，因焦距、機械加工零件精度、工裝夾具精度、夾具本身結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)產(chǎn)線配置、人員情緒、員工技能等多種因素，造成人工耦合效率在改為200-300只/2人/8小時的不等。國內(nèi)外目前也有自動光纖耦合設備，比如久下、FTD、駿合、和椿等公司均有自動設備。此類自動耦合設備常安置在激光焊機上，采用的是產(chǎn)品兩焊接零件上下更換加工，此方式耦合效率在180-200只/機/10 小時，極占激光焊機資源，而且這類設備價格非常昂貴，一般在100萬元以上。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述問題提供半導體激光二極管自動耦合裝置及其實現(xiàn)方法，降低光纖耦合的成本、提高耦合效率、保持產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、提高產(chǎn)品合格率。本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)
半導體激光二極管自動耦合裝置，包括底座，在底座上設置有工作平臺，在所述底座上連接有χ軸電機和Y軸電機，X軸電機和Y軸電機的軸線均與工作平臺的上表面平行且相互垂直，還包括與工作平臺的上表面垂直的Z軸電機，在X軸電機、Y軸電機、以及Z軸電機的轉(zhuǎn)子末端上均套裝有電磁鐵，還包括CPU處理器，在CPU處理器上連接有控制X軸電機、Y 軸電機、以及Z軸電機動作的電機控制電路、以及光功率計。使用時，將安裝好激光二極管的夾具放置在工作平臺上，X軸電機、Y軸電機、以及Z軸電機轉(zhuǎn)子端部的電磁鐵吸附夾具后，通過連接在CPU處理器上的電機控制電路來控制X軸電機、Y軸電機、以及Z軸電機的動作，從而推動下夾具和上夾具運動，激光發(fā)生器發(fā)出激光并穿過激光二極管，光功率計實時監(jiān)視穿過激光二極管的激光功率，當檢測到功率滿足要求時，通過激光焊接器進行焊接， 為了便于操作，可以采用將X軸電機、Y軸電機、以及Z軸電機均設置在同一個底座上，也可以采用Z軸電機分體式設置方式，
還包括與所述X軸電機、Y軸電機、以及Z軸電機均配對設置的三個滑軌，在滑軌上安裝有沿滑軌自由滑動的電機固定架，X軸電機、Y軸電機、以及Z軸電機分別通過電機固定架安裝在滑軌上。進一步講，為了便于X軸電機、Y軸電機、以及Z軸電機的運動，采用設置滑軌的方式，滑軌上安裝有電機固定架，電機固定架可以沿滑軌自由滑動，X軸電機、Y軸電機、以及Z軸電機分別安裝在電機固定架上，電磁鐵通電后吸附在夾具上，通過控制三個電機的動作來推動并改變夾具的位置，從而達到尋找光心的目的。所述CPU處理器上連接有觸摸控制屏。進一步講，觸摸控制屏上顯示有功率窗口， 在尋找光心的過程中，光功率計所監(jiān)視到的功率可以直觀地在觸摸控制屏上顯示，并且，通過觸摸控制屏可以方便地對設備進行操作控制。所述的工作平臺上設置有到位傳感器。進一步講，只有當裝有激光二極管的夾具放置在工作臺上，并且位于有效的被操作范圍內(nèi)后，才能進行操作控制，因此，采用在工作平臺上設置到位傳感器，當夾具放置在工作平臺上，并位于有效的被操作范圍內(nèi)時，到位傳感器接通，并觸發(fā)CPU處理器工作，進行對心操作，然后焊接，到位傳感器的設置使得最后的操作范圍均在有效范圍內(nèi)，不僅減少了對心過程，而且避免了永遠找不到光可能性的存在。在所述的到位傳感器上設置有位置調(diào)節(jié)機構(gòu)。進一步講，為了能適應不同型號的夾具來加工不同型號的激光二極管，在到位傳感器上設置有位置調(diào)節(jié)機構(gòu)，位置調(diào)節(jié)機構(gòu)能改變到位傳感器與工作平臺的相對位置關系，以適用于不同型號的夾具。所述的X軸電機、Y軸電機、以及Z軸電機均對應有一個回位裝置。每個激光二極管焊接完畢后，其對心工作完成，需要將夾具取出并更換已經(jīng)安裝好夾具，電磁鐵斷電后， 其與夾具的之間的吸附力消失，通過回位裝置的推動作用，X軸電機、Y軸電機、以及Z軸電機回復到初始位置，進入下一次自動耦合的待開始狀態(tài)。上述半導體激光二極管自動耦合裝置的實現(xiàn)方法，包括以下步驟
(A)設定激光器的驅(qū)動電流、耦合功率的最大門限值和最小門限值；
(B)手工作業(yè)將光纖和激光二極管裝在夾具上，采用多個夾具安裝的方式；
(C)將夾具放置在工作平臺上，啟動按鈕，到位傳感器感應到夾具后，X軸電機(11)、Y 軸電機(12)、以及Z軸電機(13)上的電磁鐵通電，將夾具吸附固定；
(D)激光器發(fā)出激光并穿過二極管，光功率計接收并計算出光功率，啟動找光心的程序?qū)ふ夜庑模?E)當光功率計監(jiān)視到的功率在設定的最大門限值和最小門限值之間時，焊接光纖，否則重復步驟(D)，
(F)焊接完畢后斷開電磁鐵，X軸電機(11)、Y軸電機(12)、以及Z軸電機(13)恢復到初始位置，重復步驟(C)至(E)進行下一個激光二極管的焊接，同時采用手動方式將焊接好的激光二極管取出，并安裝新的待焊接激光二極管。進一步講，所述的步驟(D)包括以下步驟
(Dl) Y軸電機和Z軸電機不動，啟動X軸電機，X軸電機帶動絲桿推動夾持激光二極管的下夾具在軸線上移動一段距離，光功率計實時監(jiān)視功率，并記錄功率值和對應的電機位置，當X軸電機運行到設定的距離后返回到功率最大點對應的位置，X軸電機停止；
(D2 )X軸電機停止后，X軸電機和Z軸電機不動，啟動Y軸電機，Y軸電機帶動絲桿推動夾持激光二極管的下夾具在軸線上移動一段距離，光功率計實時監(jiān)視功率，并記錄功率值和對應的電機位置，當Y軸電機運行到設定的距離后返回到功率最大點對應的位置；
(D3 )Y軸電機停止后，X軸電機和Y軸電機不動，啟動Z軸電機，Z軸電機推動夾持光纖線的上夾具在Z軸電機的軸線移動一段距離，光功率計實時監(jiān)視功率，并記錄功率值和對應的電機位置，當Z軸電機運行到設定的距離后返回到功率最大點對應的位置；
(D4)當光功率計監(jiān)視到的功率在設定的最大值與最小值之間時，找光程序完成，否則重復(Dl)至(D3)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果
1本發(fā)明半導體激光二極管自動耦合裝置及其實現(xiàn)方法，相對于目前廣泛采用的人工夾裝、人工耦合、人工焊接的設備以及方式，采用人工夾裝、自動耦合、自動焊接的方式，有效避免了焊接質(zhì)量依賴于操作人員的情緒，提高了成品質(zhì)量的合格率，將目前人工夾裝、人工耦合、人工焊接的效率從300只左右/8小時/2人，提高至800只左右/8小時/2人；
2本發(fā)明半導體激光二極管自動耦合裝置及其實現(xiàn)方法，相對于目前的全自動焊接設備以及其生產(chǎn)工藝，自動耦合設備常安置在激光焊機上，采用的是產(chǎn)品兩焊接零件上下更換加工，此方式耦合效率在180-200只/機/10小時，極占激光焊機資源，而且這類設備價格非常昂貴，一般在100萬元以上，采用多個夾具分別安裝光纖接頭，依次在自動耦合裝置上耦合，手工夾裝，在另外的焊接設備上焊接的方式，大大降低了自動耦合裝置的非工作狀態(tài)時間比，提高了自動耦合裝置處于自動耦合工作狀態(tài)的時間，從而提高了生產(chǎn)效率；
3本發(fā)明半導體激光二極管自動耦合裝置及其實現(xiàn)方法，相對于目前的全自動焊接設備以及其生產(chǎn)工藝而言，不僅保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，而且其成本遠遠小于國內(nèi)外的全自動化設備，具有廣泛的實用性，有利于推廣；
4本發(fā)明半導體激光二極管自動耦合裝置，結(jié)構(gòu)相對于全自動焊接設備簡單，使用方便，維修容易。
圖1為本發(fā)明的原理圖2為本發(fā)明主視方向結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明俯視方向結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中標記及相應的零部件名稱1-底座，2-工作平臺，3-觸摸控制屏，4-電磁鐵，5-滑軌，6-電機固定架，7-位傳感器， 8-位置調(diào)節(jié)機構(gòu)，9-回位裝置，10-下夾具，Il-X軸電機，12-Y軸電機，13-Z軸電機，14-上夾具，15-激光發(fā)生器，16-光纖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。 實施例如圖1至3所示，本發(fā)明半導體激光二極管自動耦合裝置，包括底座1，底座1為整體的機械設備，其內(nèi)部為空腔，用于安裝CPU處理器、機械、電路板等設備，在底座1上設置有工作平臺2，工作平臺2用于放置夾具，在底座1上連接有X軸電機11和Y軸電機12，X 軸電機11和Y軸電機12的軸線均與工作平臺2上表面平行且相互垂直，還包括與工作平臺2上表面垂直的Z軸電機13，將安裝有光纖的夾具放置在工作平臺2上時，X軸電機11、 Y軸電機12、Z軸電機13的轉(zhuǎn)子軸線分別正對夾具的三個相互垂直的面，即X軸電機11、 Y軸電機12、Z軸電機13的轉(zhuǎn)子軸線兩兩相互垂直，在X軸電機11、Y軸電機12、以及Z軸電機13的轉(zhuǎn)子末端上均套裝有電磁鐵4，電磁鐵4通電后產(chǎn)生吸附力，X軸電機11、Y軸電機12的電磁鐵4分別吸附在下夾具10的兩個垂直的側(cè)面，Y軸電機13的電磁鐵4與上夾具14的水平面緊密吸合，在底座1上安裝有三個滑軌5，三個滑軌5分別位于X軸電機11、 Y軸電機12、Z軸電機13與底座1之間，在三個滑軌5上均安裝有電機固定架6，X軸電機 IUY軸電機12、Z軸電機13分別安裝在三個電機固定架6上，電機固定架6能沿滑軌5自由滑動，在電磁鐵4通電的情況下，三個電機通過電磁鐵4吸附在夾具上，工作平臺2上設置有到位傳感器7，到位傳感器7通過位置調(diào)節(jié)機構(gòu)8安裝在底座1上，當夾具放置在工作平臺2上，并位于有效的被操作范圍內(nèi)時，到位傳感器7接通，并觸發(fā)CPU處理器工作，進行對心操作，位置調(diào)節(jié)機構(gòu)8能改變到位傳感器7與工作平臺2的相對位置關系，以適用于不同型號的夾具，在底座內(nèi)部安裝有信號處理器，CPU處理器、單片機、電腦等均可以使用，本實施例中采用CPU處理器，在CPU處理器上連接有光功率計，光功率計用于檢測激光發(fā)生器 15發(fā)出的激光穿過光纖16后的功率，并將該功率傳輸至CPU處理器，CPU處理器上連接有電機控制電路、電流調(diào)節(jié)器、以及觸摸控制屏，電機控制電路分別作為X軸電機11、Y軸電機 12、以及Z軸電機13的控制源來控制三個電機的動作，電流調(diào)節(jié)器輸出5 50mA電流來控制激光發(fā)生器15的輸出激光功率，觸摸控制屏能夠直觀地顯示光功率計實時監(jiān)視得到的功率，并作為控制界面來控制整個系統(tǒng)的操作。半導體激光二極管自動耦合裝置的實現(xiàn)方法，包括以下步驟
(A)設定激光器的驅(qū)動電流、耦合功率的最大門限值和最小門限值，根據(jù)不同型號的激光二極管，需要激光發(fā)生器15發(fā)出不同功率的激光，通過調(diào)節(jié)激光發(fā)生器的輸入電流即可以實現(xiàn)，向CPU處理器內(nèi)預先輸入耦合功率的最大門限值和最小門限值，以便光功率計監(jiān)視到的功率是否合格預先設定范圍；
(B)手工作業(yè)將光纖16和激光二極管裝在夾具上，采用多個夾具安裝的方式，激光發(fā)生器15安裝在下夾具10上，光纖16和激光二極管安裝在上夾具14上，夾具放置在工作平臺2上；(C)將夾具放置在工作平臺上，啟動按鈕，到位傳感器7感應到夾具后，X軸電機11、Y 軸電機12、以及Z軸電機13上的電磁鐵通電，將夾具吸附固定，到位傳感器7檢測到有效距離范圍內(nèi)有夾具，觸發(fā)系統(tǒng)進入工作狀態(tài)，啟動按鈕后，進行自動耦合；
(D)激光器發(fā)出激光并穿過二極管，光功率計接收并計算出光功率，啟動找光心的程序?qū)ふ夜庑模唧w過程包括以下步驟
(Dl) Y軸電機12和Z軸電機13不動，啟動X軸電機11，X軸電機11帶動絲桿推動夾持激光二極管的下夾具10在軸線上移動一段距離，光功率計實時監(jiān)視功率，并記錄功率值和對應的電機位置，當X軸電機11運行到設定的距離后返回到功率最大點對應的位置，X軸電機11停止；
(D2)X軸電機11停止后，X軸電機11和Z軸電機13不動，啟動Y軸電機12，Y軸電機 12帶動絲桿推動夾持激光二極管的下夾具10在軸線上移動一段距離，光功率計實時監(jiān)視功率，并記錄功率值和對應的電機位置，當Y軸電機12運行到設定的距離后返回到功率最大點對應的位置；
(D3) Y軸電機12停止后，X軸電機11和Y軸電機12不動，啟動Z軸電機13，Z軸電機 13推動夾持光纖線的上夾具14在Z軸電機13的軸線移動一段距離，光功率計實時監(jiān)視功率，并記錄功率值和對應的電機位置，當Z軸電機13運行到設定的距離后返回到功率最大點對應的位置；
(D4)當光功率計監(jiān)視到的功率在設定的最大值與最小值之間時，找光程序完成，否則重復(Dl)至(D3)；
(E)當光功率計監(jiān)視到的功率在設定的最大門限值和最小門限值之間時，焊接光纖，否則重復步驟(D)；
(F)焊接完畢后斷開電磁鐵，X軸電機11、Y軸電機12、以及Z軸電機13恢復到初始位置，重復步驟C至E進行下一個激光二極管的焊接，同時采用手動方式將焊接好的激光二極管取出，并安裝新的待焊接激光二極管。 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術、方法實質(zhì)上對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.半導體激光二極管自動耦合裝置，包括底座(1)，在底座(1)上設置有工作平臺(2)， 其特征在于在所述底座(1)上連接有X軸電機(11)和Y軸電機(12)，X軸電機(11)和Y 軸電機(12)的軸線均與工作平臺(2)的上表面平行且相互垂直，還包括與工作平臺(2)的上表面垂直的Z軸電機(13 )，在X軸電機(11 )、Y軸電機(12 )、以及Z軸電機(13 )的轉(zhuǎn)子末端上均套裝有電磁鐵(4)，還包括CPU處理器，在CPU處理器上連接有控制X軸電機(11 )、Y 軸電機(12)、以及Z軸電機(13)動作的電機控制電路、以及光功率計。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體激光二極管自動耦合裝置，其特征在于還包括與所述X軸電機(11 )、Y軸電機(12 )、以及Z軸電機(13 )均配對設置的三個滑軌(5 )，在滑軌(5 ) 上安裝有沿滑軌(5)自由滑動的電機固定架(6)，X軸電機(11)、Y軸電機(12)、以及Z軸電機(13)分別通過電機固定架(6)安裝在滑軌(5)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體激光二極管自動耦合裝置，其特征在于所述CPU處理器上連接有觸摸控制屏(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體激光二極管自動耦合裝置，其特征在于所述的工作平臺(2 )上設置有到位傳感器(7 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導體激光二極管自動耦合裝置，其特征在于在所述的到位傳感器(7)上設置有位置調(diào)節(jié)機構(gòu)(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項所述的半導體激光二極管自動耦合裝置，其特征在于所述的X軸電機(11 )、Y軸電機(12 )、以及Z軸電機(13 )均對應有一個回位裝置(9 )。
7.上述半導體激光二極管自動耦合裝置的實現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟(A)設定激光器的驅(qū)動電流、耦合功率的最大門限值和最小門限值；(B)手工作業(yè)將光纖和激光二極管裝在夾具上，采用多個夾具安裝的方式；(C)將夾具放置在工作平臺上，啟動按鈕，到位傳感器感應到夾具后，X軸電機(11)、Y 軸電機(12)、以及Z軸電機(13)上的電磁鐵通電，將夾具吸附固定；(D)激光器發(fā)出激光并穿過二極管，光功率計接收并計算出光功率，啟動找光心的程序?qū)ふ夜庑模?E)當光功率計監(jiān)視到的功率在設定的最大門限值和最小門限值之間時，焊接光纖，否則重復步驟(D)，(F)焊接完畢后斷開電磁鐵，X軸電機(11)、Y軸電機(12)、以及Z軸電機(13)恢復到初始位置，重復步驟(C)至(E)進行下一個激光二極管的焊接，同時采用手動方式將焊接好的激光二極管取出，并安裝新的待焊接激光二極管。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖自動耦合方法，其特征在于，所述的步驟(D)包括以下步驟(Dl) Y軸電機(12)和Z軸電機(13)不動，啟動X軸電機(11 )，X軸電機(11)帶動絲桿推動夾持激光二極管的下夾具(10)在軸線上移動一段距離，光功率計實時監(jiān)視功率，并記錄功率值和對應的電機位置，當X軸電機(11)運行到設定的距離后返回到功率最大點對應的位置，X軸電機(11)停止；(D2) X軸電機(11)停止后，X軸電機(11)和Z軸電機(13)不動，啟動Y軸電機(12)， Y軸電機(12)帶動絲桿推動夾持激光二極管的下夾具(10)在軸線上移動一段距離，光功率計實時監(jiān)視功率，并記錄功率值和對應的電機位置，當Y軸電機(12)運行到設定的距離后返回到功率最大點對應的位置；(D3) Y軸電機(12)停止后，X軸電機(11)和Y軸電機(12)不動，啟動Z軸電機(13)， Z軸電機(13)推動夾持光纖線的上夾具(14)在Z軸電機(13)的軸線移動一段距離，光功率計實時監(jiān)視功率，并記錄功率值和對應的電機位置，當Z軸電機(13)運行到設定的距離后返回到功率最大點對應的位置；(D4)當光功率計監(jiān)視到的功率在設定的最大值與最小值之間時，找光程序完成，否則重復(Dl)至(D3)。
全文摘要
本發(fā)明公布了半導體激光二極管自動耦合裝置及其實現(xiàn)方法，包括底座，在底座上設置有工作平臺，在所述底座上連接有X軸電機和Y軸電機，X還包括與水平面垂直的Z軸電機，三個電機的轉(zhuǎn)子末端上均套裝有電磁鐵，還包括CPU處理器，在CPU處理器上連接有電機控制電路、以及光功率計。本發(fā)明采用人工夾裝、自動耦合、自動焊接的方式，有效避免了焊接質(zhì)量依賴于操作人員的情緒，提高了成品質(zhì)量的合格率，將目前人工夾裝、耦合、焊接的效率從300只左右/8小時/2人，提高至800只左右/8小時/2人；大大降低了自動耦合裝置的非工作狀態(tài)時間比，提高了自動耦合裝置處于自動耦合工作狀態(tài)的時間，成本遠遠小于國內(nèi)外的全自動化設備。
文檔編號B23K26/42GK102508344SQ201110389878
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者周德國, 楊國軍, 楊青華, 王勇 申請人:成都儲翰科技有限公司