透镜耦合定位装置及其耦合定位方法制造方法及图纸

本发明专利技术实施例涉及半导体激光器技术领域，公开了一种透镜耦合定位装置及其耦合定位方法，透镜耦合定位装置包括底座、底座调整机构、夹头、夹头调整机构和视觉图像检测机构；用于放置多个芯片的底座安装于底座调整机构上，底座调整机构用于将待耦合的芯片移动至观测区域；用于夹持透镜的夹头连接于夹头调整机构的输出端，夹头调整机构的输入端连接于视觉图像检测机构；视觉图像检测机构的镜头朝向底座，以测量透镜和待耦合的芯片的相对位置。该透镜耦合定位装置通过夹头调整机构、底座调整机构和视觉图像检测机构相互配合，完成了对多个芯片依次进行透镜耦合定位的自动化、连续化操作，提高了耦合过程的精度和效率。

Lens Coupled Location Device and Its Coupled Location Method

【技术实现步骤摘要】
透镜耦合定位装置及其耦合定位方法
本专利技术实施例涉及半导体激光器
，尤其涉及一种透镜耦合定位装置及其耦合定位方法。
技术介绍
半导体激光器是以半导体材料为工作物质的具有光反馈功能的P-N结二极管，其与固体激光器和气体激光器相比，具有结构紧凑、可靠性高高效稳定等优点，已经被广泛应用于机械加工、材料处理、武器制造和激光显示等行业。半导体激光器具有特殊的发光特性，其输出的激光一般不能直接在实际中应用，必须经过整形、变换和准直。因此自半导体激光器诞生开始，就产生了半导体激光器的耦合问题。所谓的耦合过程主要是对准中心光强较强的部分，以及压缩准直其他部分的光线，以得到功率更集中、质量更好的激光输出。耦合过程通常采用透镜来调整光束的特性，由于透镜的几何尺寸很小，因此对透镜的耦合定位具有较高的难度。目前，现有技术中通常采用手动调整平台来调节透镜的姿态，且主要针对的是单个半导体激光器和单个透镜的耦合作业。而随着对半导体激光器需求的增长，为了得到更大的输出功率，需要将许多单个半导体激光器组合在一起形成阵列，进而得到高功率半导体激光器。激光器阵列的耦合不同于单个半导体激光器的耦合，阵列耦合中对于半导体激光器和透镜之间的光学性能匹配的要求更加严格，调节难度也更大。因此，现有的针对单个半导体激光器的透镜调节装置已经不适用于由激光器阵列组成的高功率半导体激光器。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种透镜耦合定位装置及其耦合定位方法，用以解决现有的针对单个半导体激光器的透镜耦合定位装置不适用于激光器阵列的缺陷，实现多个半导体激光器与透镜的耦合定位的连续化、自动化操作。本专利技术实施例提供一种透镜耦合定位装置，包括底座、底座调整机构、夹头、夹头调整机构和视觉图像检测机构；用于放置多个芯片的所述底座安装于所述底座调整机构上，所述底座调整机构用于将待耦合的所述芯片移动至观测区域；用于夹持透镜的所述夹头连接于所述夹头调整机构的输出端，所述夹头调整机构的输入端电连接于所述视觉图像检测机构，以调节所述透镜的位置；所述视觉图像检测机构的镜头朝向所述底座，以测量所述透镜和所述待耦合的芯片的相对位置。其中，所述底座沿所述底座的长度方向设置有与多个所述芯片一一对应的台阶面；所述底座调整机构包括第一Y轴滑台和第一Z轴滑台，所述第一Y轴滑台的导轨方向平行于所述底座的长度方向，所述第一Y轴滑台的滑块固定连接于所述第一Z轴滑台的导轨，所述第一Z轴滑台的滑块固定连接于所述底座。其中，所述视觉图像检测机构包括X轴视觉图像检测组件、Z轴视觉图像检测组件和图像处理单元，所述X轴视觉图像检测组件包括朝向所述底座的侧面的第一镜头，所述Z轴视觉图像检测组件包括朝向所述底座的顶面的第二镜头，所述图像处理单元根据所述第一镜头和所述第二镜头采集的图像信息获取所述透镜和所述待耦合的芯片的相对位置，所述夹头调整机构根据所述透镜和所述待耦合的芯片的相对位置调整所述夹头的位置。其中，所述X轴视觉图像检测组件还包括与所述第一镜头相对设置的第一光源，所述第一光源和所述第一镜头分别设于所述底座的两侧；所述Z轴视觉图像检测组件还包括与所述第二镜头相邻设置的第二光源。其中，所述夹头调整机构包括X轴滑台、第二Z轴滑台、三维角位移平台；所述第二Z轴滑台的导轨固定连接于所述X轴滑台的滑块，所述第二Z轴滑台的滑块固定连接于所述三维角位移平台的底座，所述三维角位移平台的输出端连接于所述夹头。其中，所述夹头调整机构还包括摆缸，所述摆缸的缸座连接于所述三维角位移平台的输出端，所述摆缸的输出轴连接于所述夹头。其中，还包括光斑检测机构，所述光斑检测机构包括探针和探头，所述探针和所述探头相对设置于所述底座的两侧；所述探针用于接触所述待耦合的芯片，以使所述待耦合的芯片通电发出光束；所述探头用于检测所述光束形成的光斑，所述夹头调整机构电连接于所述探头，以根据所述光斑的状态调节所述透镜的位置。其中，所述光斑检测机构还包括第二Y轴滑台和第三Z轴滑台，所述第三Z轴滑台的导轨固定连接于所述第二Y轴滑台的滑块，所述第三Z轴滑台的滑块固定连接于所述探针。其中，所述夹头包括壳体、气缸、压片以及错位叠设的第一夹爪和第二夹爪；所述第一夹爪可滑动地设于所述第二夹爪上，所述第一夹爪的杆部连接于所述压片的第一连接位，所述第二夹爪的杆部连接于所述壳体，所述第一夹爪的夹钩位于所述第二夹爪的夹钩的一侧；所述气缸的缸体固定连接于所述壳体，所述气缸的活塞杆连接于所述压片的第二连接位；所述压片的第一连接位和第二连接位之间还设有第三连接位，所述第三连接位转动连接于所述壳体。本专利技术实施例提供一种利用上述透镜耦合定位装置的透镜耦合定位方法，包括以下步骤：S1、将多个芯片放置于底座上；S2、利用底座调整机构将待耦合的所述芯片移动至观测区域，利用夹头调整机构将夹持有透镜的夹头移动至所述观测区域；S3、利用视觉图像检测机构获取所述透镜和所述待耦合的芯片的相对位置；S4、所述视觉图像检测机构将所述透镜和所述待耦合的芯片的相对位置信息传递给所述夹头调整机构，所述夹头调整机构根据所述相对位置信息计算出耦合位置；S5、所述夹头调整机构调节所述夹头的位置至所述耦合位置；S6、所述夹头释放所述透镜，使所述透镜与所述待耦合的芯片耦合；S7、判断是否所有所述芯片均为耦合状态；若是，则结束；若否，则所述夹头调整机构驱动所述夹头夹持下一个透镜，跳转执行步骤S2。本专利技术实施例提供的透镜耦合定位装置及其耦合定位方法，通过在底座上放置多个芯片以形成激光器阵列，同时，利用底座调整机构将待耦合的芯片移动至观测区域，利用夹头调整机构将夹持有透镜的夹头也移动至观测区域，再通过视觉图像检测机构对待耦合的芯片和透镜的相对位置做测量和判断，并将该相对位置信息传递给夹头调整机构，夹头调整机构再根据测量所得的相对位置信息来调节夹头的位置，进而调节透镜至待耦合的芯片的耦合区域，然后释放透镜，即完成了透镜与当前的待耦合的芯片之间的耦合。随后利用相同的方式对其他的待耦合的芯片依次进行透镜耦合，直至全部芯片均为耦合状态。该透镜耦合定位装置通过夹头调整机构、底座调整机构和视觉图像检测机构相互配合，完成了对多个芯片依次进行透镜耦合定位的自动化、连续化操作，提高了耦合过程的精度和效率，节省了人力和时间，为高功率半导体激光器的批量生产提供了参考。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例中的一种透镜耦合定位装置的等轴测视图；图2是图1中的透镜耦合定位装置的另一视角的等轴测视图；图3是本专利技术实施例中的夹头的等轴测视图；图4是本专利技术实施例中的Z轴视觉图像检测组件获取的透镜和芯片耦合的调节过程示意图；图5是本专利技术实施例中的X轴视觉图像检测组件获取的透镜和芯片耦合的调节过程示意图；附图标记说明：1：底座；11：台阶面；2：底座调整机构；21：第一Y轴滑台；22：第一Z轴滑台；3：夹头；31：壳体；32：气缸；321：活塞杆；33：压片；34：第一夹爪；35：第二夹爪；4：夹头调整机构；41：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种透镜耦合定位装置，其特征在于，包括底座、底座调整机构、夹头、夹头调整机构和视觉图像检测机构；用于放置多个芯片的所述底座安装于所述底座调整机构上，所述底座调整机构用于将待耦合的所述芯片移动至观测区域；用于夹持透镜的所述夹头连接于所述夹头调整机构的输出端，所述夹头调整机构的输入端电连接于所述视觉图像检测机构，以调节所述透镜的位置；所述视觉图像检测机构的镜头朝向所述底座，以测量所述透镜和所述待耦合的芯片的相对位置。

【技术特征摘要】
1.一种透镜耦合定位装置，其特征在于，包括底座、底座调整机构、夹头、夹头调整机构和视觉图像检测机构；用于放置多个芯片的所述底座安装于所述底座调整机构上，所述底座调整机构用于将待耦合的所述芯片移动至观测区域；用于夹持透镜的所述夹头连接于所述夹头调整机构的输出端，所述夹头调整机构的输入端电连接于所述视觉图像检测机构，以调节所述透镜的位置；所述视觉图像检测机构的镜头朝向所述底座，以测量所述透镜和所述待耦合的芯片的相对位置。2.根据权利要求1所述的透镜耦合定位装置，其特征在于，所述底座沿所述底座的长度方向设置有与多个所述芯片一一对应的台阶面；所述底座调整机构包括第一Y轴滑台和第一Z轴滑台，所述第一Y轴滑台的导轨方向平行于所述底座的长度方向，所述第一Y轴滑台的滑块固定连接于所述第一Z轴滑台的导轨，所述第一Z轴滑台的滑块固定连接于所述底座。3.根据权利要求1所述的透镜耦合定位装置，其特征在于，所述视觉图像检测机构包括X轴视觉图像检测组件、Z轴视觉图像检测组件和图像处理单元，所述X轴视觉图像检测组件包括朝向所述底座的侧面的第一镜头，所述Z轴视觉图像检测组件包括朝向所述底座的顶面的第二镜头，所述图像处理单元根据所述第一镜头和所述第二镜头采集的图像信息获取所述透镜和所述待耦合的芯片的相对位置，所述夹头调整机构根据所述透镜和所述待耦合的芯片的相对位置调整所述夹头的位置。4.根据权利要求3所述的透镜耦合定位装置，其特征在于，所述X轴视觉图像检测组件还包括与所述第一镜头相对设置的第一光源，所述第一光源和所述第一镜头分别设于所述底座的两侧；所述Z轴视觉图像检测组件还包括与所述第二镜头相邻设置的第二光源。5.根据权利要求1所述的透镜耦合定位装置，其特征在于，所述夹头调整机构包括X轴滑台、第二Z轴滑台、三维角位移平台；所述第二Z轴滑台的导轨固定连接于所述X轴滑台的滑块，所述第二Z轴滑台的滑块固定连接于所述三维角位移平台的底座，所述三维角位移平台的输出端连接于所述夹头。6.根据权利要求5所述的透镜耦合定位装置，其特征在于，所述夹头调整机构还包括摆缸，所述摆缸的缸...

【专利技术属性】
技术研发人员：段吉安，卢昆忠，唐佳，徐聪，卢胜强，苏文毅，胡慧璇，黄思琪，
申请(专利权)人：中南大学，武汉锐科光纤激光技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43