三件式耦合设备及耦合方法与流程

本发明涉及到光模块自动耦合设备领域，具体涉及三件式耦合设备及耦合方法。

背景技术：

传统的光模块的耦合是通过手动耦合来完成的，手动耦合的缺点在于：第一、耦合速度很慢，需要很长时间才能耦合一只产品；第二、结果不准确，手动耦合有很多人为的不确定性；第三、手动耦合有时并没有找到最好的区域，固定后长期的可靠性会有风险。此外还有一些自动耦合装置，但其工件只能在x、y和z轴旋转调整，耦合的的精度不高，稳定性差。

现有技术申请号为cn201310201620.7的中国发明专利于2013年9月11日公开了一种全视觉半自动耦合平台，通过对六维调节架调节两个待耦合物件相对位置，并且利用摄像头对耦合过程进行监控；但存在以下不足之处：(1)该方案在pc主机内预设光电参数，然后将与耦合后的检测得到的光电参数进行比对，但实际操作中，各个光元件的光电参数略有差异，需要反复调整预设参数，造成不便；(2)六维调节架调节两个待耦合物件的位置时，由软件预设的参数控制轨迹，难以避免设备公差；(3)一次只能将一个物件与pcb板进行耦合，不能实现将两个物件一起耦合到pcb板上，效率较低。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种三件式耦合设备，可以在保证耦合产品具有较好成品率的情况下，大幅提高耦合效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

三件式耦合设备，包括基板、以及与所述基板连接的第一运动模组、第二运动模组、第三运动模组、耦合治具台；所述第一运动模组与所述第二运动模组在所述基板上相对的设置，所述耦合治具台设于所述第一运动模组与所述第二运动模组之间，所述第三运动模组位于所述耦合治具台的一侧；所述第一运动模组连接有第一电动夹爪、第一吸嘴、第一固化装置、以及供电组件；所述第二运动模组连接有第二电动夹爪、第二吸嘴、第二固化装置；所述第三运动模组连接有视觉拍摄组件和点胶组件；所述耦合治具台的上端面设有第一料盘治具、第二料盘治具、pcb板载具、以及光检测组件；所述第一料盘治具内装设有若干个激光发射模块、所述第二料盘治具内装设有若干个光隔离模块、所述pcb板载具内装设有pcb板，所述光检测组件包括设于所述耦合治具台上方的水平连接板，所述耦合治具台的一侧固定设有旋转气缸，所述水平连接板的一端设有光探头、另一端与所述旋转气缸的旋转轴固定连接。

上述的方案中，第一运动模组的第一电动夹爪、第一吸嘴用于抓取并移动第一料盘治具内的激光发射模块，第二运动模组的第二电动夹爪、第二吸嘴用于抓取并移动第二料盘治具内的光隔离模块；供电组件用于给激光发射模块供电，使激光发射模块将电信号转换为光信号发出；光隔离模块设置于激光发射模块的发射口，用于避免光的反向回射，提高光传输效率；光检测组件用于检测激光发射模块发出的光功率值，旋转气缸用于驱动光探头旋转位移，在激光发射模块被抓起时，使光探头自动位移到激光发射模块的下方，读取光功率值，完成后再驱动光探头移开耦合治具台，避免耦合工作时与其它运动机构发生干涉；视觉拍摄组件用于确定激光发射模块、光隔离模块被抓起时的空间位置，并将图像上传，上位机通过软件得出激光发射模块、光隔离模块的精确耦合位置，相较于传统方式中用软件记录路径的方式，可以避免设备结构公差，提供准确性；

pcb板载具上还设有光接收器、光纤，当将激光发射模块与光隔离模块设置于pcb板上的相应位置时，电信号经过激光发射模块转换成光信号，经过光隔离模块、光接收器，由光纤发出；也就是说，本设备可以将激光发射模块与光隔离模块耦合于pcb板，组成光路发射通道，具体的耦方式在后面详细描述；

本设备的第一运动模组、第二运动模组与第三运动模组空间位置布置合理，第一运动模组和第二运动模组可以同时驱动激光发射模块与光隔离模块进行耦合工作，相较于现有技术中将多个光元件依次进行耦合的方式，大幅提高了耦合效率。

进一步，所述第一运动模组和所述第二运动模组均包括有五轴自动运动机构，所述第一运动模组的五轴自动运动机构连接有第一z轴手动滑台，所述第一z轴手动滑台的上方设有第一固定板，所述第一固定板的下侧连接有第一压力传感器；第二运动模组的五轴自动运动机构连接有第二z轴手动滑台，所述第二z轴手动滑台的上方设有第二固定板，所述第二固定板的下侧连接有第二压力传感器。上述方案中，当第一吸嘴接触激光发射模块后产生压力反馈，第一压力传感器发出控制信号，第一电动夹爪夹取激光发射模块；第二压力传感器的作用与第一压力传感器类似。

进一步的，所述五轴自动运动机构包括自动x轴滑台、所述自动x轴滑台的上侧设有自动y轴滑台、所述自动y轴滑台的上侧设有自动z轴滑台，所述自动z轴滑台包括竖直滑动板，所述竖直滑动板水平依次连接有自动x轴角度滑台、自动y轴角度滑台。上述方案中，选用高精度步进电机作为各个自动滑台的驱动装置，提高耦合作业时的控制精度。

进一步的，所述供电组件包括与所述第一运动模组连接的、竖直设置的电缸，所述电缸的下端连接有供电调节滑台，所述供电调节滑台连接探针固定板，所述探针固定板连接有供电探针，所述供电探针位于所述第一电动夹爪的一侧。当需要给激光发射模块供电时，电缸伸出，探针固定板带动供电探针接触激光发射模块的供电位置。

进一步的，所述第三运动模组包括与所述基板连接的第三自动x轴滑台，所述第三自动x轴滑台的上侧设有第三自动y轴滑台，所述第三自动y轴滑台的上侧固定设有竖直安装板，所述竖直安装板的一侧连接所述视觉拍摄组件、另一侧连接有第三自动z轴滑台，所述第三自动z轴滑台连接有水平设置的点胶气缸，所述点胶气缸的一端连接所述点胶组件。上述方案中，视觉拍摄组件选用ccd工业拍照相机，点胶气缸选用滑台气缸，点胶组件包括气动点胶桶。

进一步的，所述水平连接板的一侧设有延伸至所述光探头的斜槽，所述光探头与所述斜槽滑动连接。光探头通过斜槽装入水平连接板，并且通过旋紧光探头的安装螺纹管套，使光探头与水平连接板可拆卸固定连接。

三件式耦合设备的耦合方法，包括以下步骤：

s1：将若干个所述激光发射模块放入所述第一料盘治具内固定，将若干个所述光隔离模块放入所述第二料盘治具内固定，将所述pcb板放入所述pcb板载具内固定；

s2：所述第一运动模组驱动所述第一电动夹爪位移到所述第一料盘治具的上方，所述第一电动夹爪抓起所述激光发射模块并上升；所述第二运动模组驱动所述第二电动夹爪位移到所述第二料盘治具的上方，所述第二电动夹爪抓起所述光隔离模块并上升；

s3：所述第一运动模组的供电组件对所述激光发射模块进行供电；所述耦合治具台的所述旋转气缸旋转90度，使所述光探头移动到所述激光发射模块的下方，所述第一运动模组微调所述激光发射模块的位置，使所述激光发射模块的底部发光口对准所述光探头，所述光探头读出此时所述激光发射模块的光功率值，然后所述旋转气缸再旋转90度回到初始位置；

s4：所述第三运动模组驱动所述视觉拍摄组件位移到所述耦合治具台的上方，所述视觉拍摄组件分别拍摄所述激光发射模块与所述光隔离模块的底部、所述pcb板的上部，完成拍摄后，所述视觉拍摄组件回到初始位置，并将拍摄的图像传送到上位机，上位机通过软件处理图像，得出所述激光发射模块与所述光隔离模块需要摆放在所述pcb板上的精确位置；

s5：所述第一运动模组驱动所述激光发射模块位移到pcb板上需要摆放的区域，所述第二运动模组驱动所述光隔离模块位移到pcb板上需要摆放的区域，进行粗耦合，上位机软件记录此时的粗耦合位置；

s6：所述第一运动模组、所述第二运动模组分别驱动所述激光发射模块与所述光隔离模块移开pcb板，点胶组件移动到所述激光发射模块与所述光隔离模块的粗耦合位置进行点胶；点胶完成后，点胶组件再移动到初始位置，两侧的所述激光发射模块与所述光隔离模块再移动到刚刚粗耦合的位置，进行找光、精耦合；

s7：通过仪器检测pcb板上的光纤发射端的光功率值，与步骤s4中测出的光功率值进行比较，满足预设的要求后，控制第一固化装置和第二固化装置开启，对胶水进行固化。

s8：每组所述激光发射模块与所述光隔离模块耦合完成时对应完成一个光发射通道，重复步骤s1至s7，直至4个所述光发射通道全部做完。

在现有技术中，需要依次分别耦合激光发射模块与光隔离模块，比较费时、空间占用大；在耦合过程中需要传送pcb板，容易降低耦合精度；通过软件记录运动机构的运动路径，难以避免设备公差；本实施例针对这些缺陷，通过同时对激光发射模块与光隔离模块与pcb板进行耦合，提高了耦合效率；

另外，本实施例方案通过对激光发射模块耦合前后分别进行光功率检测，进一步保证耦合的精准度；但在耦合前为了方便光探头对激光发射模块进行检测，需要微调激光发射模块的位置，之后再将激光发射模块移送至pcb板处进行耦合，这会使以往采用软件记录运动轨迹的方案产生难以避免的误差，而通过使用视觉拍摄组件进行耦合前精确定位可以避免这一缺陷。

进一步的，步骤s2还包括：

s2.1：所述第一运动模组带动所述第一电动夹爪沿z轴下降，当所述第一吸嘴接触所述激光发射模块后产生压力反馈，所述第一压力传感器发出控制信号，所述第一电动夹爪夹取所述激光发射模块，然后所述第一运动模组带动所述激光发射模块位移到平坦区域；

所述第二运动模组带动所述第二电动夹爪沿z轴下降，当所述第二吸嘴接触所述光隔离模块后产生压力反馈，所述第二压力传感器发出控制信号，所述第二电动夹爪夹取所述光隔离模块，然后所述第二运动模组带动所述光隔离模块位移到平坦区域；

进一步的，步骤s2还包括：

s2.2：所述第一运动模组带动所述激光发射模块沿z轴再下降，使所述激光发射模块的底部接触平坦区域，从而微调整所述激光发射模块使其保持水平，然后再抬起所述激光发射模块；

所述第二运动模组带动所述光隔离模块沿z轴再下降，使所述光隔离模块的底部接触平坦区域，从而微调整所述光隔离模块使其保持水平，然后再抬起所述光隔离模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本设备的第一运动模组、第二运动模组与第三运动模组空间位置布置合理，第一运动模组和第二运动模组可以同时驱动激光发射模块与光隔离模块进行耦合工作，第三运动模组用于驱动视觉组件和点胶组件保证耦合精度和进行点胶，相较于现有技术，大幅提高了耦合效率；

2、本发明通过在耦合治具台一侧设置光检测组件，对激光发射模块耦合前的光功率值进行检测，并与耦合后的实际光功率值进行比较，相对与现有技术中的预设参数的方案，得出的结果更加准确；

3、在耦合前为了方便光探头对激光发射模块进行检测，需要微调激光发射模块的位置，之后再将激光发射模块移送至pcb板处进行耦合，这会使现有技术中采用软件记录运动轨迹的方案产生难以避免的误差，而本发明通过使用视觉拍摄组件进行耦合前精确定位从而避免了这一缺陷。

附图说明

图1为本发明的三件式耦合设备的结构示意图；

图2为本发明的第一运动模组的结构示意图；

图3为本发明的第二运动模组的结构示意图；

图4为本发明的第三运动模组的结构示意图；

图5为本发明的耦合治具台的结构示意图；

图中：1、第一运动模组；2、第二运动模组；3、第三运动模组；4、耦合治具台；5、第一电动夹爪；6、第一吸嘴；7、第一固化装置；8、供电组件；9、第二电动夹爪；10、第二吸嘴；11、第二固化装置；12、视觉拍摄组件；13、点胶组件；14、第一料盘治具；15、第二料盘治具；16、pcb板载具；17、光检测组件；18、水平连接板；19、旋转气缸；20、光探头；21、第一压力传感器；22、第二压力传感器；23、竖直安装板；24、第三自动z轴滑台；25、点胶气缸。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1至图5所示，三件式耦合设备，包括基板、以及与所述基板连接的第一运动模组1、第二运动模组2、第三运动模组3、耦合治具台4；所述第一运动模组1与所述第二运动模组2在所述基板上相对的设置，所述耦合治具台4设于所述第一运动模组1与所述第二运动模组2之间，所述第三运动模组3位于所述耦合治具台4的一侧；所述第一运动模组1连接有第一电动夹爪5、第一吸嘴6、第一固化装置7、以及供电组件8；所述第二运动模组2连接有第二电动夹爪9、第二吸嘴10、第二固化装置11；所述第三运动模组3连接有视觉拍摄组件12和点胶组件13；所述耦合治具台4的上端面设有第一料盘治具14、第二料盘治具15、pcb板载具16、以及光检测组件17；所述第一料盘治具14内装设有若干个激光发射模块、所述第二料盘治具15内装设有若干个光隔离模块、所述pcb板载具16内装设有pcb板，所述光检测组件17包括设于所述耦合治具台4上方的水平连接板18，所述耦合治具台4的一侧固定设有旋转气缸19，所述水平连接板18的一端设有光探头20、另一端与所述旋转气缸19的旋转轴固定连接。

上述的方案中，第一运动模组1的第一电动夹爪5、第一吸嘴6用于抓取并移动第一料盘治具14内的激光发射模块，第二运动模组2的第二电动夹爪9、第二吸嘴10用于抓取并移动第二料盘治具15内的光隔离模块；供电组件8用于给激光发射模块供电，使激光发射模块将电信号转换为光信号发出；光隔离模块设置于激光发射模块的发射口，用于避免光的反向回射，提高光传输效率；光检测组件17用于检测激光发射模块发出的光功率值，旋转气缸19用于驱动光探头20旋转位移，在激光发射模块被抓起时，使光探头20自动位移到激光发射模块的下方，读取光功率值，完成后再驱动光探头20移开耦合治具台4，避免耦合工作时与其它运动机构发生干涉；视觉拍摄组件12用于确定激光发射模块、光隔离模块被抓起时的空间位置，并将图像上传，上位机通过软件得出激光发射模块、光隔离模块的精确耦合位置，相较于传统方式中用软件记录路径的方式，可以避免设备结构公差，提供准确性；

pcb板载具16上还设有光接收器、光纤，当将激光发射模块与光隔离模块设置于pcb板上的相应位置时，电信号经过激光发射模块转换成光信号，经过光隔离模块、光接收器，由光纤发出；也就是说，本设备可以将激光发射模块与光隔离模块耦合于pcb板，组成光路发射通道，具体的耦方式在后面详细描述；

本设备的第一运动模组1、第二运动模组2与第三运动模组3空间位置布置合理，第一运动模组1和第二运动模组2可以同时驱动激光发射模块与光隔离模块进行耦合工作，相较于现有技术中将多个光元件依次进行耦合的方式，大幅提高了耦合效率。

进一步，所述第一运动模组1和所述第二运动模组2均包括有五轴自动运动机构，所述第一运动模组1的五轴自动运动机构连接有第一z轴手动滑台，所述第一z轴手动滑台的上方设有第一固定板，所述第一固定板的下侧连接有第一压力传感器21；第二运动模组2的五轴自动运动机构连接有第二z轴手动滑台，所述第二z轴手动滑台的上方设有第二固定板，所述第二固定板的下侧连接有第二压力传感器22。上述方案中，当第一吸嘴6接触激光发射模块后产生压力反馈，第一压力传感器21发出控制信号，第一电动夹爪5夹取激光发射模块；第二压力传感器22的作用与第一压力传感器21类似。

进一步的，所述五轴自动运动机构包括自动x轴滑台、所述自动x轴滑台的上侧设有自动y轴滑台、所述自动y轴滑台的上侧设有自动z轴滑台，所述自动z轴滑台包括竖直滑动板，所述竖直滑动板水平依次连接有自动x轴角度滑台、自动y轴角度滑台。上述方案中，选用高精度步进电机作为各个自动滑台的驱动装置，提高耦合作业时的控制精度。

进一步的，所述供电组件8包括与所述第一运动模组1连接的、竖直设置的电缸，所述电缸的下端连接有供电调节滑台，所述供电调节滑台连接探针固定板，所述探针固定板连接有供电探针，所述供电探针位于所述第一电动夹爪5的一侧。当需要给激光发射模块供电时，电缸伸出，探针固定板带动供电探针接触激光发射模块的供电位置。

进一步的，所述第三运动模组3包括与所述基板连接的第三自动x轴滑台，所述第三自动x轴滑台的上侧设有第三自动y轴滑台，所述第三自动y轴滑台的上侧固定设有竖直安装板23，所述竖直安装板23的一侧连接所述视觉拍摄组件12、另一侧连接有第三自动z轴滑台24，所述第三自动z轴滑台24连接有水平设置的点胶气缸25，所述点胶气缸25的一端连接所述点胶组件13。上述方案中，视觉拍摄组件12选用ccd工业拍照相机，点胶气缸25选用滑台气缸，点胶组件13包括气动点胶桶。

进一步的，所述水平连接板18的一侧设有延伸至所述光探头的斜槽，所述光探头20与所述斜槽滑动连接。光探头20通过斜槽装入水平连接板，并且通过旋紧光探头20的安装螺纹管套，使光探头20与水平连接板18可拆卸固定连接。

实施例2

三件式耦合设备的耦合方法，包括以下步骤：

s1：将若干个所述激光发射模块放入所述第一料盘治具14内固定，将若干个所述光隔离模块放入所述第二料盘治具15内固定，将所述pcb板放入所述pcb板载具16内固定；

s2：所述第一运动模组1驱动所述第一电动夹爪5位移到所述第一料盘治具14的上方，所述第一电动夹爪5抓起所述激光发射模块并上升；所述第二运动模组2驱动所述第二电动夹爪9位移到所述第二料盘治具15的上方，所述第二电动夹爪9抓起所述光隔离模块并上升；

s3：所述第一运动模组1的供电组件对所述激光发射模块进行供电；所述耦合治具台4的所述旋转气缸19旋转90度，使所述光探头20移动到所述激光发射模块的下方，所述第一运动模组1微调所述激光发射模块的位置，使所述激光发射模块的底部发光口对准所述光探头20，所述光探头20读出此时所述激光发射模块的光功率值，然后所述旋转气缸19再旋转90度回到初始位置；

s4：所述第三运动模组3驱动所述视觉拍摄组件12位移到所述耦合治具台4的上方，所述视觉拍摄组件12分别拍摄所述激光发射模块与所述光隔离模块的底部、所述pcb板的上部，完成拍摄后，所述视觉拍摄组件12回到初始位置，并将拍摄的图像传送到上位机，上位机通过软件处理图像，得出所述激光发射模块与所述光隔离模块需要摆放在所述pcb板上的精确位置；

s5：所述第一运动模组1驱动所述激光发射模块位移到pcb板上需要摆放的区域，所述第二运动模组2驱动所述光隔离模块位移到pcb板上需要摆放的区域，进行粗耦合，上位机软件记录此时的粗耦合位置；

s6：所述第一运动模组1、所述第二运动模组2分别驱动所述激光发射模块与所述光隔离模块移开pcb板，点胶组件13移动到所述激光发射模块与所述光隔离模块的粗耦合位置进行点胶；点胶完成后，点胶组件13再移动到初始位置，两侧的所述激光发射模块与所述光隔离模块再移动到刚刚粗耦合的位置，进行找光、精耦合；

s7：通过仪器检测pcb板上的光纤发射端的光功率值，与步骤s4中测出的光功率值进行比较，满足预设的要求后，控制第一固化装置7和第二固化装置11开启，对胶水进行固化。

s8：每组所述激光发射模块与所述光隔离模块耦合完成时对应完成一个光发射通道，重复步骤s1至s7，直至4个所述光发射通道全部做完。

在现有技术中，需要依次分别耦合激光发射模块与光隔离模块，比较费时、空间占用大；在耦合过程中需要传送pcb板，容易降低耦合精度；通过软件记录运动机构的运动路径，难以避免设备公差；本实施例针对这些缺陷，通过同时对激光发射模块与光隔离模块与pcb板进行耦合，提高了耦合效率；

另外，本实施例方案通过对激光发射模块耦合前后分别进行光功率检测，进一步保证耦合的精准度；但在耦合前为了方便光探头对激光发射模块进行检测，需要微调激光发射模块的位置，之后再将激光发射模块移送至pcb板处进行耦合，这会使现有技术中采用软件记录运动轨迹的方案产生难以避免的误差，而本实施例通过使用视觉拍摄组件进行耦合前精确定位可以避免这一缺陷。

进一步的，步骤s2还包括：

s2.1：所述第一运动模组1带动所述第一电动夹爪5沿z轴下降，当所述第一吸嘴6接触所述激光发射模块后产生压力反馈，所述第一压力传感器21发出控制信号，所述第一电动夹爪5夹取所述激光发射模块，然后所述第一运动模组1带动所述激光发射模块位移到平坦区域；

所述第二运动模组2带动所述第二电动夹爪9沿z轴下降，当所述第二吸嘴10接触所述光隔离模块后产生压力反馈，所述第二压力传感器22发出控制信号，所述第二电动夹爪9夹取所述光隔离模块，然后所述第二运动模组2带动所述光隔离模块位移到平坦区域；

进一步的，步骤s2还包括：

s2.2：所述第一运动模组1带动所述激光发射模块沿z轴再下降，使所述激光发射模块的底部接触平坦区域，从而微调整所述激光发射模块使其保持水平，然后再抬起所述激光发射模块；

所述第二运动模组2带动所述光隔离模块沿z轴再下降，使所述光隔离模块的底部接触平坦区域，从而微调整所述光隔离模块使其保持水平，然后再抬起所述光隔离模块。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。