基于音圈电机驱动的透镜耦合夹具的制作方法

本发明涉及光器件自动耦合封装技术领域，特别涉及一种基于音圈电机驱动的透镜耦合夹具。

背景技术：

随着光纤通信和光纤传感技术的发展，光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，发光元件的需求量越来越多，它的功能主要是实现信号的光电转换。一种常见的发光元件主要由基板+发光芯片+透镜组成，其封装制造的其中一道工序为将微型透镜与发光芯片耦合后，再通过点胶固化等方式完成封装。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，光器件的制造成本主要也集中在此。

现有技术中，通过光器件的耦合封装设备，基本摆脱了先前依靠手工操作方式带来的产品质量不稳定、合格率低以及生产效率低的问题。对于上述发光元件，将透镜上料、夹持并移动至封装位置后，可采用发光芯片与透镜的光斑检测确认透镜的耦合精度，最后对透镜点胶固化完成其耦合封装过程。因此，透镜耦合的精度显著地影响上述发光元件的封装质量，由于透镜一般为尺寸小于1mm的微型透镜，使得其储料、上料以及耦合过程更加精密复杂化，而采用常规的耦合夹具难以满足封装精度要求，且生产效率不高。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种适用于微型化、精密化透镜耦合封装工艺的透镜耦合夹具，以提升透镜耦合精度、产品封装质量和生产效率。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于音圈电机驱动的透镜耦合夹具，所述透镜由方形部分和从所述方形部分沿厚度方向朝两侧外凸的镜面部分组成，所述耦合夹具包括透镜上料组件和透镜夹具组件，所述透镜上料组件将所述透镜依次上料，所述透镜夹具组件将上料的所述透镜夹取、移动至对应的耦合位置进行耦合；所述透镜夹具组件包括多维运动平台和设置在所述多维运动平台上的透镜夹具，所述透镜夹具主要由固定设置在所述多维运动平台上的夹具底座、平行设置在所述夹具底座上的两条导轨，第一端分别滑动设置在两条所述导轨上的两个连接部、以及分别固定设置在两个所述连接部第二端的透镜夹头组成，所述连接部分别通过设置在所述夹具底座上的两个音圈电机驱动。

进一步地，所述连接部包括第一连接板和第二连接板，所述透镜夹头固定安装在所述第一连接板上，所述第一连接板固定安装在所述第二连接板上，所述第二连接板固定设置在一滑块上，所述滑块滑动设置在所述导轨上，所述第二连接板与对应的所述音圈电机的输出端连接。

进一步地，每个所述第二连接板上均设置有一光栅尺，所述光栅尺用于检测所述滑块在所述导轨上的位移量，每个所述第一连接板上均设置有一力传感器，所述力传感器用于检测所述第一连接板上的应力状况。

进一步地，所述透镜夹头相对的一侧为夹持面，所述夹持面上设置有夹持所述透镜的夹持口，所述夹持口上设置有多个具有真空吸附作用的微型气孔。

进一步地，所述多维运动平台具有六维的运动自由度，包括设置在工作台上的x轴位移平台、设置在所述x轴位移平台上的y轴位移平台、设置在所述y轴位移平台上的第一支撑板、设置在所述第一支撑板顶端的z轴位移平台、设置在所述z轴位移平台上的绕x轴旋转平台、设置在所述绕x轴旋转平台上的第二支撑板、设置在所述第二支撑板底端的绕y轴旋转平台、以及设置在所述绕y轴旋转平台上的绕z轴旋转平台，所述夹具底座固定设置在所述绕z轴旋转平台上。

进一步地，所述透镜上料组件主要由装料盒和拨料结构组成，所述装料盒的一侧成型有装载所述透镜的装料槽，所述透镜并排地放置于所述装料槽内，并被所述装料盒上设置的限位结构限制在所述装料槽中而防止从所述装料槽的侧面跑出，所述拨料结构包括拨料块和驱动所述拨料块移动的拨料块驱动部，所述拨料块插入所述装料槽中。

进一步地，所述装料槽的底部还成型有一内槽，当所述透镜放置在所述装料槽中时，所述镜面部分悬空于所述内槽中。

进一步地，所述限位结构包括设置在所述装料槽的槽口两侧的两块限位板，两块所述限位板之间的距离小于所述装料槽以及所述方形部分的宽度，所述限位板的上表面设置为高度沿所述装料槽方向逐渐降低的斜面。

进一步地，所述拨料块设置为扁平状，宽度小于所述装料槽的宽度，所述拨料块的第一端伸入所述装料槽中，第二端通过一安装臂与所述拨料块驱动部连接，所述拨料块驱动部驱动所述拨料块的第一端沿所述装料槽移动。

进一步地，所述拨料块驱动部包括螺母丝杠副，所述丝杠转动设置在一导向槽内，与设置在所述导向槽一端的拨料电机连接，所述导向槽上滑动设置有一导向块，所述导向块与套设在所述丝杠上的所述螺母固定连接，所述安装臂固定安装在所述导向块上。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明的透镜夹具组件将透镜上料组件上料的透镜夹取、移动至对应的耦合位置，透镜夹具的夹持动作通过音圈电机驱动，具有结构简单、体积小、响应快的特点，适用于微型化透镜的夹具，同时还设置有光栅尺和力传感器，能高精度地夹持定位透镜、调整夹持力，配合透镜夹头夹持面上的微型气孔，形成对透镜吸夹一体的定位方式，有效提升了透镜的耦合精度、封装质量和生产效率；

本发明透镜上料组件的装料盒设置有装料槽，微型透镜码垛装载在装料槽中，通过拨料结构将透镜逐个从装料槽的顶端拨出，被透镜夹具组件夹取、移动至对应的耦合位置进行耦合，适用于微型透镜的上料，有效地提高了上料效率，同时装料槽中设置的内槽还能防止透镜的的镜面部分在上料过程中发生摩擦、碰撞等现象导致破损。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的透镜夹具结构示意图；

图3为本发明的透镜夹头及透镜结构示意图；

图4为本发明的透镜上料组件示意图；

图5为本发明的装料盒结构示意图。

【附图标记说明】

1-透镜；1a-方形部分；1b-镜面部分；2-多维运动平台；3-透镜夹具；4-夹具底座；5-导轨；6-透镜夹头；7-第一连接板；8-第二连接板；9-滑块；10-光栅尺；11-力传感器；12-夹持面；13-夹持口；14-微型气孔；15-x轴位移平台；16-y轴位移平台；17-第一支撑板；18-z轴位移平台；19-绕x轴旋转平台；20-第二支撑板；21-绕y轴旋转平台；22-绕z轴旋转平台；23-装料盒；24-装料槽；25-内槽；26-限位板；27-拨料块；28-安装臂；29-螺母；30-丝杠；31-导向槽；32-拨料电机；33-导向块；34-音圈电机。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1-图3所示，本发明的实施例提供了一种基于音圈电机驱动的透镜耦合夹具，在本实施例中透镜1由方形部分1a和从方形部分1a沿厚度方向朝两侧外凸的镜面部分1b组成。透镜耦合夹具包括透镜上料组件和透镜夹具组件，透镜上料组件储存透镜1，将其依次上料后。透镜夹具组件将上料的透镜1夹取、移动至对应的耦合位置，通过透镜夹具组件的耦合运动进行透镜1与发光芯片的耦合。

透镜夹具组件包括多维运动平台2和设置在多维运动平台2上的透镜夹具3，透镜夹具3夹持透镜1后，在多维运动平台2的驱动下移动至耦合位置，再通过多维运动平台2输出的多自由度精密耦合运动完成透镜1与发光芯片的耦合。其中，透镜夹具3主要由固定设置在多维运动平台2上的夹具底座4、平行设置在夹具底座4上的两条导轨5，第一端分别滑动设置在两条导轨5上的两个连接部、以及分别固定设置在两个连接部第二端的透镜夹头6组成，连接部分别通过设置在夹具底座4上的两个音圈电机34驱动而分别沿对应导轨5滑动。

其中音圈电机34为现有技术中存在的一种特殊形式的直接驱动电机，具有结构简单、体积小、响应快等特性，工作原理为通电线圈(导体)放在磁场内产生力，力的大小与施加在线圈上的电流成比例，基于此原理制造的音圈电机34输出运动形式主要为直线或者圆弧，在本实施例中为直线。因而本发明的连接部通过音圈电机34的直线驱动沿导轨5高精度地滑动，带动两个透镜夹头6相向运动，产生夹持透镜1的动作，而透镜夹具3以及夹持的透镜1则通过多维运动平台2驱动产生多自由度、高精度的耦合运动，完成透镜1与发光芯片的耦合。

在本实施例中，连接部包括第一连接板7和第二连接板8，透镜夹头6固定安装在第一连接板7的外端位置，而第一连接板7固定安装在第二连接板8的侧壁上，第二连接板8与滑动设置在导轨5上的滑块9固定连接，且第二连接板8与对应的音圈电机34输出端固定连接，因此音圈电机34输出直线位移，驱动第二连接板8、第一连接板7以及透镜夹头6的整体沿导轨5滑动，使得两个透镜夹头6相向运动产生夹持透镜1的动作。

进一步地，每个第二连接板8上均设置有一光栅尺10，用于检测滑块9在导轨5上的位移，从而可以通过检测两个滑块9的位移，确认两个透镜夹头6之间的相对距离，以此精密地确认、调节夹紧力。同时，每个第一连接板7上均设置有一力传感器11，用于检测第一连接板7上的应力状况，因此可以高精度地检测透镜夹头6的受力状况，判断其是否产生了较大的瞬时冲击力，从而判断并尽量避免与耦合器件发生碰撞。

进一步地，透镜夹头6相对的一侧为夹持面12，在夹持面12上设置有凹陷的、夹持透镜1的夹持口13，同时夹持口13上设置有多个具有真空吸附作用的微型气孔14，当透镜1被夹持后，可通过真空吸附作用进一步地将其吸附在透镜夹头6上，提高对透镜1的约束力。

在本实施例中，多维运动平台2具有六维的运动自由度，包括设置在工作台上的x轴位移平台15、设置在x轴位移平台15上的y轴位移平台16、设置在y轴位移平台16上的第一支撑板17、设置在第一支撑板17顶端的z轴位移平台18、设置在z轴位移平台18上的绕x轴旋转平台19、设置在绕x轴旋转平台19上的第二支撑板20、设置在第二支撑板20底端的绕y轴旋转平台21、以及设置在绕y轴旋转平台21上的绕z轴旋转平台22，透镜夹具3的夹具底座4固定设置在绕z轴旋转平台22上，因此透镜夹具3具有沿x轴、沿y轴、沿z轴的平移自由度，以及绕x轴、绕y轴、绕z轴的旋转自由度，通过六自由度的设置，提升了透镜夹具3位移、耦合的灵活性，同时各自由度运动平台均为精密运动平台，从而能进一步提升透镜1耦合精度。

透镜上料组件主要由装料盒23和拨料结构组成。具体如图4和图5所示，装料盒23的一侧成型有装载透镜1的装料槽24，透镜1并排码垛在装料槽24内，并被装料盒23上设置的限位结构限制在装料槽24中而防止装料盒23在竖放时从侧面跑出。拨料结构包括拨料块25和驱动拨料块25移动的拨料块驱动部，拨料块25插入装料槽24的底端，将透镜1向装料槽24的顶端拨动，使透镜1依次从装料盒23的顶端移出，并被透镜夹具3逐个夹取、移动至对应的耦合位置进行耦合。

与透镜1相匹配地，在装料槽24的底部还设置一内槽25，当透镜1放置在装料槽24中时，透镜1的镜面部分悬空于内槽25中，而不与内槽25的底端或侧壁接触，使得透镜1的镜面部分在上料过程中不会发生摩擦损坏。

进一步地，限位结构包括设置在装料槽24的槽口两侧的两块限位板26，两块限位板26内侧之间的距离小于装料槽24以及透镜1方形部分1a的宽度，因此可以防止透镜1沿装料槽24滑动时跑出。限位板26的上表面设置为高度沿装料槽24方向逐渐降低的斜面，能更好地引导拨料块27插入装料槽24中。

进一步地，拨料块27设置为扁平状，宽度小于装料槽24的宽度，在透镜1上料前拨料块27的第一端伸入装料槽24的最低位置，然后拨料块27向上移动，将透镜1从装料槽24的顶端依次拨出。其中，拨料块27的第二端通过一安装臂28与拨料块驱动部连接，拨料块驱动部可驱动拨料块27的第一端沿装料槽24向上移动进行拨料。

在本实施例中，拨料块驱动部包括螺母29丝杠30副，丝杠30转动设置在一导向槽31内，与设置在导向槽31端部的拨料电机32连接，同时导向槽31上滑动设置一导向块33，导向块33与套设在丝杠30上的螺母29固定连接，而安装臂28固定安装在导向块33上，因此拨料电机32驱动丝杠30旋转，进而驱动螺母29和导向块33沿导向槽31移动，带动拨料块27的第一端沿装料槽24向上移动。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。