用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于同軸型光電子器件封裝的結構緊湊型自動耦合焊接設備，包括機架、上夾具、下夾具以及裝設于機架上的多個的焊接裝置，上夾具通過升降裝置裝設于機架上并可由升降裝置驅動沿Z軸升降運動，下夾具通過對準裝置裝設于機架上并可由對準裝置驅動分別沿X軸移動、沿Y軸移動、繞X軸擺動、繞Y軸擺動以及繞Z軸轉動。本發(fā)明具有結構設計合理，巧妙，可擴展性強,省空間,自動化程度高，操作簡單方便，作業(yè)時間短，生產(chǎn)效率高，使得生產(chǎn)成本低,產(chǎn)品質量穩(wěn)定,并且適用于多種同軸型光電子器件等優(yōu)點。
【專利說明】用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及光電子器件精密封裝【技術領域】，具體涉及一種用于同軸型光電子器件 的結構緊湊型自動耦合焊接設備。

【背景技術】
[0002] 光信息技術的發(fā)展推動著通訊事業(yè)的進步，隨著光纖通訊和光纖傳感技術的發(fā) 展，光電子器件的制備成為了光信息技術進一步發(fā)展的關鍵。光電子器件的封裝技術影響 著光電子器件的可靠性，關鍵的封裝工藝和全自動封裝設備可以大幅度提高生產(chǎn)效率和 保證器件質量。
[0003] 有源器件是光纖通信系統(tǒng)中將電信號轉換成光信號或將光信號轉換成電信號的 關鍵器件，是光傳輸系統(tǒng)的"心臟"，它包括光源，如發(fā)光二極管（Light Emitting Diode， LED)和激光二極管（Laser diode，LD)、光檢測器和光放大器等。如何提高同軸型光電子 器件的性能、質量以及降低成本，是當前工業(yè)上封裝制造的關鍵問題，其核心技術在于耦合 對準與焊接。
[0004] 光電子器件的成本主要在于封裝過程，其封裝成本約占總成本的70% ~90%，目 前，光電子器件產(chǎn)業(yè)化仍處于較落后的階段，大部分以手工操作進行，手工操作的基本過程 是：首先借助顯微鏡對光源器件和單模光纖（Single Mode Fiber，SMF)進行初步對準，獲得 一定的初始光耦合功率，然后通過光功率計檢測耦合進入SMF的光功率，手動調整光源器 件和SMF的相對位置，從而現(xiàn)實精對準，最后再通過激光焊接組件，實現(xiàn)固接。由于是手工 操作，操作人員的技能熟練程度有所差異，導致產(chǎn)品的質量不穩(wěn)定、成品率低、生產(chǎn)速度慢 和生產(chǎn)成本高等。于是光電子器件較高的封裝成本和較低的封裝效率，極大的阻礙了光纖 通信技術的發(fā)展，而行業(yè)上對高性能低成本光電子器件的需求越來越大，為了改變這種現(xiàn) 狀，必須實現(xiàn)器件封裝過程的自動化和高效化。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種結構設計合理， 巧妙，可擴展性強，省空間，自動化程度高，操作簡單方便，作業(yè)時間短，生產(chǎn)效率高，使得 生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品質量穩(wěn)定，并且適用于多種同軸型光電子器件（如T0SA、R0SA、B0SA等） 的用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備。
[0006] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案： 一種用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備，包括機架、上夾具、下夾 具以及裝設于機架上的多個的焊接裝置，所述上夾具通過升降裝置裝設于機架上并可由升 降裝置驅動沿Z軸升降運動，所述下夾具通過對準裝置裝設于機架上并可由對準裝置驅動 分別沿X軸移動、沿Y軸移動、繞X軸擺動、繞Y軸擺動以及繞Z軸轉動。
[0007] 作為本發(fā)明的進一步改進： 所述對準裝置包括第一 X軸自動直線滑臺、第一 Y軸自動直線滑臺、Θ X軸自動旋轉滑 臺、Θ y軸自動旋轉滑臺和Z軸自動旋轉平臺，所述第一 X軸自動直線滑臺、第一 Y軸自動 直線滑臺、ΘΧ軸自動旋轉滑臺、軸自動旋轉滑臺和ζ軸自動旋轉平臺依次疊加裝設于 機架上，所述下夾具裝設于Z軸自動旋轉平臺上。
[0008] 所述升降裝置包括支撐座、第一 Z軸自動直線滑臺和轉接板，所述支撐座裝設于Z 軸自動旋轉平臺上，所述第一 Z軸自動直線滑臺通過轉接板裝設于支撐座上，所述上夾具 裝設于所述第一 Z軸自動直線滑臺上。
[0009] 所述焊接裝置包括激光出射頭，所述激光出射頭通過調整裝置裝設于機架上并可 由調整裝置驅動分別沿X軸、Y軸和Z軸移動。
[0010] 所述調整裝置包括第二X軸自動直線滑臺、第二Y軸自動直線滑臺、第二z軸自動 直線滑臺和焊接支撐臺，所述焊接支撐臺裝設于機架上，所述第二X軸自動直線滑臺、第二 Y軸自動直線滑臺和第二Z軸自動直線滑臺依次疊加裝設于焊接支撐臺上，所述激光出射 頭通過固定架裝設于所述第二Z軸自動直線滑臺上。
[0011] 所述自動耦合焊接設備設有三個焊接裝置，三個焊接裝置繞Z軸自動旋轉平臺的 旋轉軸線均勻布置；所述激光出射頭的尾部還安裝有CCD相機。
[0012] 所述Z軸自動旋轉平臺為電動旋轉臺。
[0013] 所述上夾具包括安裝座、第一夾具頭、第一鎖緊套筒以及用于驅動所述第一鎖緊 套筒伸縮運動的伸縮驅動件，所述第一夾具頭固定裝設于所述安裝座上，所述第一夾具頭 設有用于夾持上器件的多個第一彈性夾瓣，所述多個第一彈性夾瓣沿圓周布置，所述第一 鎖緊套筒套設于所述第一夾具頭的外部，所述伸縮驅動件與所述第一鎖緊套筒相連并可驅 動所述第一鎖緊套筒推動所有第一彈性夾瓣徑向向內同步運動；所述第一夾具頭設有位于 多個第一彈性夾瓣上的第一錐形面；所述第一鎖緊套筒包括外筒以及通過緊固件連接于所 述外筒中的銅錐套，所述銅錐套設有用于與所述第一錐形面配合迫使所有第一彈性夾瓣徑 向向內同步運動的第二錐形面。
[0014] 所述下夾具包括底座以及用于夾持下器件的夾具組件，所述底座上設有夾具安裝 座，所述夾具安裝板通過導軌組件沿堅直方向滑設于所述夾具安裝座的一側，所述夾具安 裝座的另一側設有以恒定的支承力支承夾具組件并可使夾具組件上下滑動的支承組件，所 述支承組件包括與恒壓氣源相連的氣缸以及用于限制夾具組件滑動范圍的限位機構，所述 氣缸裝設于夾具安裝座上，所述夾具安裝板設有與所述氣缸的伸縮桿相連的推板；所述夾 具組件包括夾具安裝板以及裝設于所述夾具安裝板上的第二夾具頭，所述第二夾具頭設有 多個沿圓周布置的第二彈性夾瓣以及位于多個第二彈性夾瓣上的第三錐面，所述夾具組件 還包括用于驅動多個第二彈性夾瓣同步徑向向內運動夾放下器件的第二鎖緊套筒以及與 所述第二鎖緊套筒相連的撥桿，所述第二鎖緊套筒套設于第二夾具頭上并與第二夾具頭螺 紋連接，所述第二鎖緊套筒設有用于與第三錐面配合迫使所有第二彈性夾瓣同步徑向向內 運動的第四錐面。
[0015] 所述自動耦合焊接設備還包括設備外罩以及安裝于所述設備外罩上的控制按鈕， 所述控制按鈕包括啟動按鈕、急停按鈕、夾緊按鈕和松開按鈕。
[0016] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于： 1、本發(fā)明用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備能夠實現(xiàn)同軸型光 電子器件耦合對準、焊接封裝的全自動化，操作人員只需簡單的安裝配件，設備即可自動完 成后續(xù)從耦合對準到焊接的全部工序，與傳統(tǒng)的手動生產(chǎn)線相比，其自動化程度高，操作簡 單方便，作業(yè)時間短，生產(chǎn)效率高，可大大降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，并且不依賴操作人員的技 能熟練程度，使產(chǎn)品質量更加穩(wěn)定。
[0017] 2、本發(fā)明中對準裝置采用部分旋轉設計，同時下夾具為夾具組件和支承組件分設 于夾具安裝座兩側的單支撐結構，其結構設計合理、巧妙，使設備的結構緊湊、占地面積小、 操作空間大，并且便于安裝和拆卸。
[0018] 3、本發(fā)明通過提供相應的控制裝置，由設定的程序控制各部件動作自動完成整個 耦合焊接過程，通過簡化操作界面和操作流程，可使工人通過簡單培訓即可在很短時間內 進行熟練操作，僅需一個工人即可完成所有工序流程，大大降低了企業(yè)的人工成本。并且還 可以通過設置不同的程序來控制耦合效率，實現(xiàn)耦合效率的人為可控，這是傳統(tǒng)人工手動 封裝所無法實現(xiàn)的。
[0019] 4、本發(fā)明的可拓展性強，僅需更換不同夾具頭即可適應于不同類型的同軸型光電 子器件，不同器件的工藝參數(shù)可以內置系統(tǒng)程序中，使用時直接調用即可，不需要再次進行 調試便可完成生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備的立體結 構示意圖。
[0021] 圖2為本發(fā)明用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備中上夾具 和下夾具的安裝結構示意圖。
[0022] 圖3為本發(fā)明用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備中焊接裝 置的安裝結構示意圖。
[0023] 圖4為本發(fā)明用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備中上夾具、 下夾具和焊接裝置裝設于機架上的立體結構示意圖。
[0024] 圖5為本發(fā)明用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備中上夾具 在側蓋打開時的立體結構示意圖。
[0025] 圖6為本發(fā)明用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備中上夾具 局部剖切后的立體結構示意圖。
[0026] 圖7為本發(fā)明用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備中上夾具 部分結構的分解結構示意圖。
[0027] 圖8為本發(fā)明用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備中上夾具 的剖視結構示意圖。
[0028] 圖9為本發(fā)明用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備中上夾具 的夾具頭的剖視結構示意圖。
[0029] 圖10為本發(fā)明用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備中上夾具 的鎖緊螺栓的立體結構示意圖。
[0030] 圖11為本發(fā)明用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備中下夾具 的立體結構示意圖。
[0031] 圖12為本發(fā)明用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備中下夾具 的俯視結構示意圖。
[0032] 圖13為本發(fā)明用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備中下夾具 的剖視結構示意圖。
[0033] 圖14為本發(fā)明用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備中下夾具 的夾具組件的分解結構示意圖。
[0034] 圖15為本發(fā)明用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備中下夾具 在正常狀態(tài)下的示意簡圖。
[0035] 圖16為本發(fā)明用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備中下夾具 在進行補償時的示意簡圖。
[0036] 圖例說明： 1、機架；2、上夾具；21、安裝座；211、定位套；22、第一夾具頭；221、第一彈性夾瓣； 222、第一錐形面；223、通槽；23、第一鎖緊套筒；231、外筒；2311、連接部；232、銅錐套； 2321、第二錐形面；233、開口槽；24、伸縮驅動件；25、聚氨酯PU板；26、支撐套筒；261、側 蓋；27、頂蓋；28、鎖緊螺栓；281、螺桿部；282、螺帽部；283、工具插孔；29、陶瓷插芯；3、下 夾具；31、底座；311、夾具安裝座；312、導向柱；313、定位孔；32、夾具組件；321、夾具安裝 板；3211、推板；3212、螺紋孔；3213、夾具頭定位孔；3214、導向孔；322、第二夾具頭；3221、 第二彈性夾瓣；3222、第三錐面；3223、夾具頭定位面；323、第二鎖緊套筒；3231、第四錐面； 324、撥桿；325、堵頭座；33、支承組件；331、氣缸；332、限位機構；3321、支架；3322、調節(jié)螺 釘；34、電極插芯；35、導軌組件；36、渦流式位移傳感器；37、傳感器感應片；38、支承彈簧； 39、第二轉接板；391、定位凸臺；392、定位沉孔；393、定位銷；101、下器件；102、上器件；4、 焊接裝置；41、激光出射頭；42、第二X軸自動直線滑臺；43、第二Y軸自動直線滑臺；44、第 二Z軸自動直線滑臺；45、轉接架；46、固定架；47、焊接支撐臺；48、CCD相機；5、Z軸自動旋 轉平臺；6、升降裝置；61、支撐座；62、第一 Z軸自動直線滑臺；63、轉接板；7、對準裝置；71、 第一 X軸自動直線滑臺；72、第一 Y軸自動直線滑臺；73、θχ軸自動旋轉滑臺；74、0y軸自 動旋轉滑臺；75、安裝底座；8、設備外罩；9、啟動按鈕；10、急停按鈕；11、夾緊按鈕；12、松 開按鈕。

【具體實施方式】
[0037] 以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0038] 如圖1至圖4所示，本發(fā)明用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設 備，包括機架1、上夾具2、下夾具3以及裝設于機架1上的三個的焊接裝置4,其中，上夾具 2用于夾持上器件102 (同軸型光電子器件的光纖組件)，下夾具3用于夾持下器件101 (同 軸型光電子器件的光收發(fā)組件)，上夾具2通過升降裝置6裝設于機架1上，升降裝置6可 驅動上夾具2沿Z軸升降運動，下夾具3通過對準裝置7裝設于機架1上，對準裝置7可驅 動下夾具3分別沿X軸移動、沿Y軸移動、繞X軸擺動、繞Y軸擺動以及繞Z軸轉動。三個 焊接裝置4繞Z軸自動旋轉平臺5的旋轉軸線均勻布置，即三個焊接裝置4以120°均勻分 布在機架1上。
[0039] 本實施例中，Z軸自動旋轉平臺5為電動旋轉臺，其為現(xiàn)有技術，可以通過外購得 至IJ，例如可選用北京賽凡光電儀器有限公司生產(chǎn)的7SRA系列電動旋轉臺，如果需要更高的 性能，還可以選擇精度更高的平臺。
[0040] 升降裝置6包括支撐座61、第一 Z軸自動直線滑臺62和轉接板63,支撐座61裝 設于機架1上，第一 Z軸自動直線滑臺62通過轉接板63裝設于支撐座61上，上夾具2裝 設于第一 Z軸自動直線滑臺62上，第一 Z軸自動直線滑臺62可以驅動上夾具2沿Z軸方 向做升降運動。
[0041] 對準裝置7包括第一 X軸自動直線滑臺71、第一 Y軸自動直線滑臺72、θχ軸自動 旋轉滑臺73、Θ y軸自動旋轉滑臺74、Ζ軸自動旋轉平臺5和安裝底座75,安裝底座75裝 設于機架1上，第一X軸自動直線滑臺71、第一 Y軸自動直線滑臺72、θχ軸自動旋轉滑臺 73、Θ y軸自動旋轉滑臺74和Ζ軸自動旋轉平臺5依次疊加裝設于安裝底座75上，即第一 X軸自動直線滑臺71安裝在安裝底座75上，第一 Y軸自動直線滑臺72安裝在第一 X軸自 動直線滑臺71上，θχ軸自動旋轉滑臺73安裝在第一 Y軸自動直線滑臺72上，0y軸自動 旋轉滑臺74安裝在θ x軸自動旋轉滑臺73上，Z軸自動旋轉平臺5裝設于第一 Y軸自動 直線滑臺72上，下夾具3裝設于Z軸自動旋轉平臺5上。這樣，對準裝置7可以驅動下夾 具3分別沿X軸和Y軸移動以及繞X軸和Y軸擺動，通過四個自由度的高精度運動并配合 上夾具2沿Z軸方向的運動，可實現(xiàn)下器件101與上器件102的對準；同時Z軸自動旋轉平 臺5又可驅動下夾具3繞Z軸轉動，進而調整下器件101繞Z軸轉動的角度，便于進行第二 次焊接。在第二次焊接時，上夾具2松開上器件102, Z軸自動旋轉平臺5帶動下夾具3旋 轉一定角度，進而也使完成第一次焊接的下器件101和上器件102旋轉相應角度，再次使上 夾具2夾緊上器件102進行下一次焊接即可。該對準裝置7整體結構緊湊、節(jié)省空間，便于 安裝和拆卸。在安裝時，使θ X軸自動旋轉滑臺73、Θ y軸自動旋轉滑臺74和Z軸自動旋 轉平臺5的旋轉中心重合，可以保證具有高的對準精度，進而提高產(chǎn)品質量。
[0042] 各焊接裝置4均包括激光出射頭41，激光出射頭41通過調整裝置裝設于機架1上 并可由調整裝置驅動分別沿X軸、Y軸和Z軸移動，激光出射頭41的尾部安裝有CCD相機 48。調整裝置包括第二X軸自動直線滑臺42、第二Y軸自動直線滑臺43、第二Z軸自動直 線滑臺44和焊接支撐臺47,焊接支撐臺47裝設于機架1上，第二X軸自動直線滑臺42、第 二Y軸自動直線滑臺43和第二Z軸自動直線滑臺44依次疊加裝設于焊接支撐臺47上，即 第二X軸自動直線滑臺42裝設于焊接支撐臺47上，第二Y軸自動直線滑臺43裝設于第二 X軸自動直線滑臺42上，第二Z軸自動直線滑臺44通過轉接架45裝設于第二Y軸自動直 線滑臺43上，激光出射頭41通過固定架46裝設于第二Y軸自動直線滑臺43上。通過調 整裝置調節(jié)激光出射頭41在X軸、Y軸和Z軸方向的位移，可以調整激光出射頭41與對準 裝置7的相對位置，耦合焊接設備在初始狀態(tài)時，調整好激光出射頭41與對準裝置7的相 對位置，使激光準確入射到上器件102和下器件101的間隙處，以此保證焊點質量，在工作 時焊接裝置4 一般不需要再次進行調整。在下器件101對準完成后，控制三個激光出射頭 41使激光入射到上器件102和下器件101之間的間隙處，完成第一次焊接。然后，通過Z軸 自動旋轉平臺5使整個上夾具2旋轉一定角度(例如60度)，進而使完成第一次焊接后的下 器件101也旋轉相應角度，再控制三個激光出射頭41完成第二次焊接。
[0043] 上述對準裝置7和焊接裝置4采用積木組合的方式，實現(xiàn)多自由度位置調整機構 的搭建，其適用性強，靈活性大，便于拆卸。由于耦合對準對器件性能的影響較大，對準裝置 7可采用高精度的滑臺，而焊接裝置4的滑臺精度可相對較低。
[0044] 上述第一 X軸自動直線滑臺71、第一 Y軸自動直線滑臺72、第一 Z軸自動直線滑 臺62、第二X軸自動直線滑臺42、第二Y軸自動直線滑臺43和第二Z軸自動直線滑臺44 均可采用現(xiàn)有的自動直線滑臺；θ X軸自動旋轉滑臺73和Θ y軸自動旋轉滑臺74均可采 用現(xiàn)有的自動旋轉滑臺，各滑臺采用步進電機驅動。例如，各自動直線滑臺可采用北京賽凡 光電儀器有限公司生產(chǎn)的7STA10系列電動平移臺，各自動旋轉滑臺可采用北京賽凡光電 儀器有限公司生產(chǎn)的7SGA1系列電動角位臺，當然，如果需要各平臺具有更高的性能，還可 以選擇精度更高的平臺。
[0045] 本實施例中，如圖5至圖10所示，上夾具2包括安裝座21、第一夾具頭22、第一鎖 緊套筒23以及裝設于安裝座21上的伸縮驅動件24,第一夾具頭22沿堅直方向固定裝設 于安裝座21上，安裝座21緊固安裝在第一 Z軸自動直線滑臺62上。第一夾具頭22的下 端設有用于夾持上器件102的六個第一彈性夾瓣221，六個第一彈性夾瓣221與第一夾具 頭22為一體連接結構，且六個第一彈性夾瓣221沿圓周均勻布置形成可使上器件102插入 的插孔，第一夾具頭22采用65Mn鋼制作，并淬火至硬度達到5(T70HRC。第一鎖緊套筒23 同軸套設于第一夾具頭22的外部，伸縮驅動件24與第一鎖緊套筒23相連，并可驅動第一 鎖緊套筒23沿第一夾具頭22的軸向往復運動。第一夾具頭22設有位于六個第一彈性夾 瓣221上的第一錐形面222,即第一錐形面222分布在六個第一彈性夾瓣221上；第一鎖緊 套筒23包括外筒231和銅錐套232,外筒231的材質為LY12硬鋁，銅錐套232裝設于外筒 231的內孔中并通過螺釘與外筒231連接固定，銅錐套232的下端設有用于與第一錐形面 222配合迫使六個第一彈性夾瓣221徑向向內同步運動的第二錐形面2321，第一錐形面222 和第二錐形面2321的錐角均設置為20度。當需要夾緊上器件102時，將上器件102置于 六個第一彈性夾瓣221之間的插孔內，伸縮驅動件24驅動第一鎖緊套筒23向下運動，銅錐 套232的第一錐形面222與第二錐形面2321接觸，并迫使六個第一彈性夾瓣221徑向向內 同步運動夾緊上器件102 ;當需要卸下上器件102時，伸縮驅動件24驅動第一鎖緊套筒23 向上運動，第一錐形面222脫離第二錐形面2321，六個第一彈性夾瓣221彈性復位并徑向向 外運動，從而解除對上器件102的夾緊作用。由于鋁質外筒231不耐磨，而銅錐套232的耐 磨性好，第一鎖緊套筒23采用外筒231和銅錐套232的組合形式，通過銅錐套232與第一 彈性夾瓣221接觸來迫使第一彈性夾瓣221動作，不僅減少了第一彈性夾瓣221的磨損，同 時外筒231可采用成本較低的材料制作，降低了生產(chǎn)制作成本，并且銅錐套232在過度磨損 后還可以進行更換。
[0046] 上夾具2采用多個沿圓周布置的第一彈性夾瓣221來夾緊定位上器件102,具有 定心能力強、夾持穩(wěn)定等優(yōu)點；同時，在夾緊時由伸縮驅動件24驅動第一鎖緊套筒23推動 所有第一彈性夾瓣221徑向向內同步運動夾緊上器件102,第一夾具頭22相對于安裝座21 固定不動，不會影響上器件102的定位，上器件102裝卸方便快捷、效率高。相比普通夾頭 運動式的夾具，在松開工件的過程中，第一彈性夾瓣221徑向向外張開，不會對工件施加一 個向上的力，可以減少焊后偏移和光功率的損耗。
[0047] 本實施例中，上夾具2還包括支撐套筒26,支撐套筒26的下端通過螺釘連接于安 裝座21上，支撐套筒26的上端通過螺釘連接有頂蓋27,伸縮驅動件24裝設于頂蓋27上， 且伸縮驅動件24整體位于支撐套筒26內，頂蓋27可以方便的拆裝，便于對伸縮驅動件24 進行更換。支撐套筒26還設有可打開的側蓋261，側蓋261的下端通過螺釘與安裝座21相 連，側蓋261的上端通過螺釘與頂蓋27相連。
[0048] 上述伸縮驅動件24的驅動端通過一彈性連接板與外筒231相連，本實施例的彈性 連接板采用聚氨酯PU板25,伸縮驅動件24的驅動端連接于聚氨酯PU板25的中部，外筒 231的上端具有兩個伸出的連接部2311，兩個連接部2311分別連接于聚氨酯PU板25的兩 偵k彈性連接板在實現(xiàn)力傳遞的同時起到減震和調節(jié)作用，其相當于一個彈性聯(lián)軸器，由于 在制造和裝配過程中不可避免的存在誤差，夾具裝配完成后，第一夾具頭22的第一錐形面 222與銅錐套232的第二錐形面2321之間會存在配合誤差，在夾緊過程中，第一錐形面222 保持固定，其相當于一個基準面，伸縮驅動件24通過彈性連接板推動外筒231運動，在彈性 連接板的作用下可使第二錐形面2321適應第一錐形面222,從而均勻的給第一錐形面222 施力，可以保證第一彈性夾瓣221動作的一致性和準確性。
[0049] 本實施例中，安裝座21上通過螺釘固接有定位套211，第一夾具頭22穿設于定位 套211中，第一夾具頭22的中部設有與定位套211的一端相抵的定位臺階，第一夾具頭22 的上端部螺紋連接有鎖緊螺栓28,鎖緊螺栓28與定位套211的另一端相抵，從而與定位臺 階配合將第一夾具頭22鎖緊定位在定位套211中，鎖緊螺栓28以及緊固定位套211的螺釘 位于支撐套筒26內。鎖緊螺栓28為特制的非標準螺栓，其包括螺桿部281和螺帽部282， 螺帽部282的側壁上設有多個工具插孔283,多個工具插孔283沿螺帽部282的周向均勻布 置，打開側蓋261后可以采用桿件插入工具插孔283中扳動鎖緊螺栓28轉動，實現(xiàn)擰緊或 松開鎖緊螺栓28。該第一夾具頭22可以方便的進行拆裝和更換，打開側蓋261再松卸鎖緊 螺栓28,即可將第一夾具頭22向下直接抽出。這樣，僅需更換外部尺寸相同而內部尺寸不 同的多個第一夾具頭22,就可以適用于不同尺寸和類型的上器件102,大大提高了夾具的 通用性，節(jié)省了生產(chǎn)成本；并且更換第一夾具頭22時，需要拆卸的部件少，可以保持裝配的 一致性和精度的穩(wěn)定性。
[0050] 上述伸縮驅動件24、聚氨酯PU板25、鎖緊螺栓28以及緊固定位套211的螺釘位 于支撐套筒26內，提高了結構的緊湊性和美觀性。
[0051 ] 本實施例中，第一夾具頭22內設有陶瓷插芯29,第一夾具頭22設有用于將光纖側 向引出的通槽223,該通槽223自第一彈性夾瓣221的端部貫通至第一夾具頭22的中部，第 一鎖緊套筒23的側壁上設有沿通槽223 -側布置的開口槽233。由于在耦合焊接過程中， 需要將陶瓷插芯29插入到光纖組件中進行光功率檢測，設置通槽223和開口槽233后可先 將陶瓷插芯29與光纖組件對接，再整體裝入第一夾具頭22的插孔中，而通槽223和開口槽 233則對與陶瓷插芯29相連的光纖形成避讓，使光纖卡入通槽223和開口槽233內并從第 一鎖緊套筒23的側面引出。而需要松開光纖組件時，光纖又可沿著通槽223和開口槽233 隨光纖組件一起脫離上夾具2,這樣光纖組件在安裝和拆卸的過程中始終與陶瓷插芯29保 持連接，便于在耦合焊接過程中在線進行光功率檢測，上述陶瓷插芯29為現(xiàn)有技術，在此 不再贅述。本實施例的伸縮驅動件24采用氣缸，當然，在其他實施例中伸縮驅動件24也可 以采用油缸等。
[0052] 本實施例中，如圖11至圖14所示，下夾具3包括底座31以及用于夾持下器件101 的夾具組件32,底座31上設有夾具安裝座311，夾具安裝座311通過螺栓和定位臺階與底 座31固接，夾具安裝板321通過導軌組件35沿堅直方向滑設于夾具安裝座311的一側，導 軌組件35可采用現(xiàn)有常規(guī)的滑動導軌，夾具安裝座311的另一側設有以恒定的支承力支承 夾具組件32并可使夾具組件32上下滑動的支承組件33。該支承組件33包括與恒壓氣源 相連的氣缸331以及用于限制夾具組件32滑動范圍的限位機構332,氣缸331裝設于底座 31上，夾具安裝板321的另一側通過螺栓固定連接有推板3211，推板3211與氣缸331的伸 縮桿相連，氣缸331通入恒壓氣體后可將夾具組件32浮動支承在底座31的上方，在不受外 力的情況下，夾具組件32在氣缸331的支承作用和限位機構332的限位作用下相對于底座 31固定不動，當夾具組件32受向下的力時，可克服氣缸331的支承力使夾具組件32相對于 底座31向下滑動。在需要對下器件101進行角度調整等使下器件101在堅直方向上產(chǎn)生 位移的工況下，夾具組件32可以夾持的下器件101沿堅直方向進行自動補償，能夠自動適 應下器件101在堅直方向上的位移；同時，在夾具組件32上下滑動的過程中支承組件33的 支承力始終保持恒定，不會因位移的變化而增大，保證了在自動補償過程中下器件101受 力的均勻性，不會出現(xiàn)因受力過大而使下器件101損壞或變形的情況；此外，由于夾具組件 32可以沿堅直方向運動進行自動補償，還可降低夾具的制作和裝配精度，降低生產(chǎn)制作成 本。該夾具的夾具組件32和支承組件33分設于夾具安裝座311的兩側，其結構緊湊，占用 空間少，可以增大設備的操作空間，進一步提高設備的緊湊性。上述氣缸331的支承力可通 過改變恒壓氣源的壓力來調整。
[0053] 圖15和圖16分別示出了下夾具3在正常狀態(tài)和進行角度調整時沿堅直方向進行 補償?shù)那闆r，正常狀態(tài)時，上器件102保持固定，下夾具3夾裝下器件101與上器件102上 下對接，當調整對接角度時，下夾具3帶著下器件101整體繞某一固定軸旋轉，使上器件102 和下器件101之間產(chǎn)生夾角，兩者之間的距離將變大，此時上器件102對下器件101施加向 下的力，迫使夾具組件32克服氣缸331的支承力沿著堅直方向向下運動，從而完成堅直方 向的補償。
[0054] 本實施例中，夾具組件32包括夾具安裝板321以及裝設于夾具安裝板321上的第 二夾具頭322,夾具安裝板321采用聚四氟乙烯制成，第二夾具頭322的上端設有四個用于 夾持下器件101的第二彈性夾瓣3221，四個第二彈性夾瓣3221與第二夾具頭322為一體結 構，且四個第二彈性夾瓣3221沿圓周均勻布置形成可使下器件101插入的插孔，第二夾具 頭322設有位于四個第二彈性夾瓣3221上的第三錐面3222,夾具組件32還包括用于驅動 多個第二彈性夾瓣3221同步徑向向內運動夾放下器件101的第二鎖緊套筒323以及與第 二鎖緊套筒323相連的撥桿324,第二鎖緊套筒323套設于第二夾具頭322上并與第二夾具 頭322螺紋連接，第二鎖緊套筒323設有用于與第三錐面3222配合迫使所有第二彈性夾瓣 3221同步徑向向內運動的第四錐面3231。通過撥桿324可驅使第二鎖緊套筒323轉動，進 而第二鎖緊套筒323相對于第二夾具頭322上下運動，當?shù)诙i緊套筒323向下運動時第 二鎖緊套筒323的第四錐面3231與第三錐面3222接觸并迫使所有第二彈性夾瓣3221同 步徑向向內運動夾緊下器件101，當?shù)诙i緊套筒323向上運動時第二鎖緊套筒323的第四 錐面3231與第三錐面3222脫離，第二彈性夾瓣3221在彈性復位作用下徑向向外運動并松 開下器件101，該螺旋驅動式的第二鎖緊套筒323具有結構簡單、更換方便等優(yōu)點。本實施 例的第二夾具頭322具體是設有四個第二彈性夾瓣3221，具有定心能力強，夾持穩(wěn)定等優(yōu) 點，第二夾具頭322整體采用65Mn鋼制作，并淬火至硬度達到5(T70HRC，第三錐面3222的 角度為20度。
[0055] 上述限位機構332包括支架3321以及調節(jié)螺釘3322,支架3321上設有堅直布置 的螺紋通孔，調節(jié)螺釘3322配合裝設于該螺紋通孔中，且調節(jié)螺釘3322的下端與夾具安裝 板321的上端相抵，通過調整調節(jié)螺釘3322的旋入位置，可以改變夾具組件32上下滑動的 范圍。
[0056] 本實施例中，第二夾具頭322以螺紋連接方式可拆卸的裝設于夾具安裝板321上， 便于更換不同的第二夾具頭322,以用于夾持不同類型的下器件101，第二夾具頭322的安 裝具體是，在夾具安裝板321上設有堅直布置的安裝通孔，安裝通孔沿軸向依次設有螺紋 孔3212和夾具頭定位孔3213,第二夾具頭322裝設于安裝通孔中，第二夾具頭322的中部 設有與螺紋孔3212配合的外螺紋，第二夾具頭322的端部設有與夾具頭定位孔3213配合 定位的夾具頭定位面3223,這樣第二夾具頭322通過螺紋與夾具安裝板321形成可拆卸連 接，同時由于螺紋之間的配合存在間隙，又可通過夾具頭定位面3223和夾具頭定位孔3213 的配合形成定位，保證第二夾具頭322與夾具安裝板321之間的垂直度。第二夾具頭322 內裝設有電極插芯34,電極插芯34的安裝具體是，第二夾具頭322設有與插孔重合的貫通 孔，貫通孔的一端為第二彈性夾瓣3221，貫通孔的另一端設有堵頭座325,堵頭座325通過 螺釘與夾具安裝板321固接，電極插芯34連接固定在該堵頭座325伸出貫通孔的一端。電 極插芯34的四個槽內設有用于與下器件101引腳連接的導電銅片，下器件101插入第二夾 具頭322的插孔后其引腳與電極插芯34的導電銅片相接，從而實現(xiàn)在夾持下器件101的同 時給下器件101上電，該電極插芯34為現(xiàn)有技術，在此不再贅述。
[0057] 本實施例中，下夾具3還設有用于檢測夾具安裝板321位移的位移檢測組件，位移 檢測組件包括渦流式位移傳感器36和傳感器感應片37，其中，渦流式位移傳感器36裝設于 夾具安裝座311上，傳感器感應片37裝設于夾具安裝板321上，當夾具安裝板321在堅直 方向移動時，渦流式位移傳感器36可以檢測傳感器感應片37與底座31的相對位移，也即 夾具安裝板321與底座31的相對位移，采用渦流式位移傳感器36具有精度高、無接觸的優(yōu) 點。
[0058] 本實施例中，下夾具3還包括第二轉接板39,第二轉接板39通過螺栓可拆卸的連 接于底座31上，下夾具3整體可通過第二轉接板39安裝到耦合焊接設備的運動平臺或固 定平臺上，通過更換不同的第二轉接板39,可以方便快速的與不同的運動平臺或固定平臺 連接。并且在底座31設有定位孔313,第二轉接板39設有定位凸臺391，定位凸臺391插 設于定位孔313中形成定位，通過定位孔313和定位凸臺391的配合可以保證第二轉接板 39和底座31的相對位置；同時，第二轉接板39還設有用于安裝定位的定位沉孔392,該定 位沉孔392內設有定位銷393,設置定位沉孔392和定位銷393利于實現(xiàn)快速準確的安裝到 運動平臺或固定平臺上，保證安裝位置精度。
[0059] 本實施例中，底座31上還設有用于在氣缸331不工作時支承夾具組件32的支承 彈簧38,在底座31上于夾具安裝板321的下方設有導向柱312,導向柱312通過底座31 和第二轉接板39壓緊固定，夾具安裝板321上設有導向孔3214,導向柱312插設于導向孔 3214中，支承彈簧38套設安裝在導向柱312上，其下端與底座31相抵，其上端在氣缸331 工作時與夾具安裝板321之間留有間距，該間距保證在正常工作的情況下支承彈簧38不會 與夾具安裝板321接觸，當氣缸331未通入恒壓氣體時，夾具組件32整體沿導軌組件35下 滑，最終支承在支承彈簧38上。
[0060] 本實施例中，自動耦合焊接設備還包括設備外罩8以及安裝于設備外罩8上的控 制按鈕，控制按鈕包括啟動按鈕9、急停按鈕10、夾緊按鈕11和松開按鈕12,其中，啟動按鈕 9用于啟動整個耦合焊接設備，夾緊按鈕11用于控制上夾具2夾緊上器件102,并控制耦合 焊接設備自動運行封裝，封裝完成后通過松開按鈕12控制上夾具2松開上器件102,再使下 夾具3松開下器件101，此時可取下焊裝完成的同軸型光電子器件，完成整個封裝過程。如 果運行過程中出現(xiàn)特殊情況，可以按下急停按鈕10,使設備立即退出封裝過程并停止工作。
[0061] 本發(fā)明用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備在使用時工作流 程如下： ① 上夾具2裝夾上器件102,下夾具3裝夾下器件101 ; ② 上夾具2向下移動，當下夾具3移動到使上器件102與下器件101相接觸時，停止運 動； ③ 控制對準裝置7中的四個自動滑臺進行角度對準、粗對準和精對準，使上器件102和 下器件101耦合對接達到對準標準，該對準標準以上器件102檢測的光功率值達到設定閾 值為參考； ④ 對準完成后，使激光出射頭41出射激光，完成第一次焊接； ⑤ 第一次焊接完成后，上夾具2松開上器件102,控制Z軸自動旋轉平臺5轉動使整個 下夾具3旋轉60度，從而使完成第一次焊接后的下器件101和上器件102旋轉60度，然 后上夾具2再次夾緊上器件102,通過激光完成第二次焊接，最終完成上器件102和下器件 101的封裝； ⑥ 按下松開按鈕12,將封裝后的上器件102和下器件101取出。
[〇〇62] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施 例。對于本【技術領域】的技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術構思前提下所得到的改進和變 換也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1. 一種用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備，其特征在于：包括機 架（1)、上夾具（2)、下夾具（3)以及裝設于機架（1)上的多個的焊接裝置（4)，所述上夾具 (2)通過升降裝置（6)裝設于機架（1)上并可由升降裝置（6)驅動沿Z軸升降運動，所述下 夾具（3 )通過對準裝置（7 )裝設于機架（1)上并可由對準裝置（7 )驅動分別沿X軸移動、沿 Y軸移動、繞X軸擺動、繞Y軸擺動以及繞Z軸轉動。
2. 根據(jù)權利要求1所述的用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備， 其特征在于：所述對準裝置（7)包括第一 X軸自動直線滑臺（71)、第一 Y軸自動直線滑臺 (72)、θχ軸自動旋轉滑臺（73)、07軸自動旋轉滑臺（74)和Z軸自動旋轉平臺（5)，所述 第一 X軸自動直線滑臺（71)、第一 Υ軸自動直線滑臺（72)、θχ軸自動旋轉滑臺（73)、0y 軸自動旋轉滑臺（74)和Z軸自動旋轉平臺（5)依次疊加裝設于機架（1)上，所述下夾具（3) 裝設于Z軸自動旋轉平臺（5 )上。
3. 根據(jù)權利要求1所述的用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備，其 特征在于：所述升降裝置（6)包括支撐座（61)、第一 Z軸自動直線滑臺（62)和轉接板（63)， 所述支撐座（61)裝設于Z軸自動旋轉平臺（5)上，所述第一 Z軸自動直線滑臺（62)通過轉 接板（63)裝設于支撐座（61)上，所述上夾具（2)裝設于所述第一 Z軸自動直線滑臺（62) 上。
4. 根據(jù)權利要求1所述的用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備，其 特征在于：所述焊接裝置（4)包括激光出射頭（41)，所述激光出射頭（41)通過調整裝置裝 設于機架（1)上并可由調整裝置驅動分別沿X軸、Y軸和Z軸移動。
5. 根據(jù)權利要求4所述的用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備，其 特征在于：所述調整裝置包括第二X軸自動直線滑臺（42)、第二Y軸自動直線滑臺（43)、第 二Z軸自動直線滑臺（44)和焊接支撐臺（47)，所述焊接支撐臺（47)裝設于機架（1)上，所 述第二X軸自動直線滑臺（42)、第二Y軸自動直線滑臺（43)和第二Z軸自動直線滑臺（44) 依次疊加裝設于焊接支撐臺（47)上，所述激光出射頭（41)通過固定架（46)裝設于所述第 二Z軸自動直線滑臺（44)上。
6. 根據(jù)權利要求4所述的用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備，其 特征在于：所述自動耦合焊接設備設有三個焊接裝置（4)，三個焊接裝置（4)繞Z軸自動旋 轉平臺（5)的旋轉軸線均勻布置；所述激光出射頭（41)的尾部還安裝有C⑶相機（48)。
7. 根據(jù)權利要求2所述的用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合焊接設備，其 特征在于：所述Z軸自動旋轉平臺（5)為電動旋轉臺。
8. 根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦 合焊接設備，其特征在于：所述上夾具（2)包括安裝座（21)、第一夾具頭（22)、第一鎖緊套 筒（23)以及用于驅動所述第一鎖緊套筒（23)伸縮運動的伸縮驅動件（24)，所述第一夾具 頭（22)固定裝設于所述安裝座（21)上，所述第一夾具頭（22)設有用于夾持上器件（102) 的多個第一彈性夾瓣（221)，所述多個第一彈性夾瓣（221)沿圓周布置，所述第一鎖緊套筒 (23)套設于所述第一夾具頭（22)的外部，所述伸縮驅動件（24)與所述第一鎖緊套筒（23) 相連并可驅動所述第一鎖緊套筒（23)推動所有第一彈性夾瓣（221)徑向向內同步運動；所 述第一夾具頭（22)設有位于多個第一彈性夾瓣（221)上的第一錐形面（222);所述第一鎖 緊套筒（23)包括外筒（231)以及通過緊固件連接于所述外筒（231)中的銅錐套（232)，所述 銅錐套（232)設有用于與所述第一錐形面（222)配合迫使所有第一彈性夾瓣（221)徑向向 內同步運動的第二錐形面（2321)。
9. 根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦合 焊接設備，其特征在于：所述下夾具（3)包括底座（31)以及用于夾持下器件（101)的夾具組 件（32)，所述底座（31)上設有夾具安裝座（311)，所述夾具安裝板（321)通過導軌組件（35) 沿堅直方向滑設于所述夾具安裝座（311)的一側，所述夾具安裝座（311)的另一側設有以 恒定的支承力支承夾具組件（32)并可使夾具組件（32)上下滑動的支承組件（33)，所述支 承組件（33)包括與恒壓氣源相連的氣缸（331)以及用于限制夾具組件（32)滑動范圍的限 位機構（332)，所述氣缸（331)裝設于夾具安裝座（311)上，所述夾具安裝板（321)設有與所 述氣缸（331)的伸縮桿相連的推板（3211);所述夾具組件（32)包括夾具安裝板（321)以及 裝設于所述夾具安裝板（321)上的第二夾具頭（322)，所述第二夾具頭（322)設有多個沿圓 周布置的第二彈性夾瓣（3221)以及位于多個第二彈性夾瓣（3221)上的第三錐面（3222)， 所述夾具組件（32)還包括用于驅動多個第二彈性夾瓣（3221)同步徑向向內運動夾放下器 件（101)的第二鎖緊套筒（323)以及與所述第二鎖緊套筒（323)相連的撥桿（324)，所述第 二鎖緊套筒（323 )套設于第二夾具頭（322 )上并與第二夾具頭（322 )螺紋連接，所述第二鎖 緊套筒（323)設有用于與第三錐面（3222)配合迫使所有第二彈性夾瓣（3221)同步徑向向 內運動的第四錐面（3231)。
10. 根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的用于同軸型光電子器件的結構緊湊型自動耦 合焊接設備，其特征在于：所述自動耦合焊接設備還包括設備外罩（8)以及安裝于所述設 備外罩（8)上的控制按鈕，所述控制按鈕包括啟動按鈕（9)、急停按鈕（10)、夾緊按鈕（11) 和松開按鈕（12)。
【文檔編號】B23K26/21GK104096969SQ201410360417
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權日:2014年7月28日
【發(fā)明者】段吉安, 鄭煜, 盧勝強, 吳正輝, 周海波, 聶川 申請人:中南大學