基于低温钎焊的光学元件装配装置及装配方法与流程

[0001]
本发明属于装调技术领域，具体涉及一种基于低温钎焊的光学元件装配装置及装配方法。


背景技术：

[0002]
激光器的谐振腔内部是由一系列光学元件按照严格的位置和角度装配组成，这些元件的装配工艺水平会直接影响激光器的性能。对于需要自行搭建激光器光腔的实验，目前通常是采用传统的机械弹簧式光学镜架等来实现光学元件的调整和固定，一般元件直接安装在镜架的镜框内，然后通过螺纹旋钮或千分尺旋钮推动弹簧拉力式的机械结构进行姿态的调整。这种装调方式的优点是比较简单，所需的调整工具较少。但是这种装调方式同样存在几点不足之处：1）光学镜架远比元件本身体积大，占用光腔空间较多，不利于在有限的光腔空间内摆放更多的光学元件，甚至有时会影响腔内光路设计；2）长时间工作条件下，机械弹簧式的光学镜架稳定性不高，经常需要来回调整以解决输出激光波长跑偏的现象；3）该装配方式全程由人手动操作，既占用人力，又无法保证太高的装配精度。


技术实现要素：

[0003]
本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种基于低温钎焊的光学元件装配装置及装配方法。
[0004]
本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于低温钎焊的光学元件装配装置，包括装配机构和装调机构；所述装配机构包括固定光学镜片的镜框、加热片和底板，所述加热片与镜框、底板之间分别通过低温焊锡和普通焊锡连接；所述装调机构包括光学平台、设置于光学平台上的电动平移架和光准直仪，组合调整模块设置于电动平移架上，电动机械抓手与组合调整模块连接；所述装配机构放置于光学平台上。
[0005]
在上述技术方案中，所述镜框、加热片和底板表面均设置镀金层。
[0006]
在上述技术方案中，所述组合调整模块包括三维平移台、旋转台和弧摆台。
[0007]
在上述技术方案中，所述三维平移台固定安装于电动平移架上。
[0008]
在上述技术方案中，所述旋转台安装于三维平移台上。
[0009]
在上述技术方案中，所述弧摆台安装与旋转台上，且能与旋转台一起沿旋转台的中心轴转动。
[0010]
在上述技术方案中，所述电动机械抓手安装于弧摆台上并能随弧摆台一起在竖直面内摆动。
[0011]
在上述技术方案中，所述加热片为ptc陶瓷加热片。
[0012]
在上述技术方案中，所述镜框和底板均采用殷钢材质。
[0013]
一种基于低温钎焊的光学元件装配装置的装配方法，包括以下步骤：（
ⅰ
）将加热片通过普通焊锡预先焊接在底座上，并在加热片上面预先焊接一定量的低温焊锡，然后将底座固定在光学平台上的待装配位置附近；（
ⅱ
）将光学元件固定在镜框内；（
ⅲ
）通过电动机械抓手抓取镜框，驱动电动平移架将镜框移动至装配位置附近；（
ⅳ
）通过组合调整模块精确调节光学元件位置和姿态至待装配状态，过程中光准直仪实时监测光学元件的偏转角度；（
ⅴ
）通过加热片加热融化其上部的低温焊锡，并通过组合调整模块将镜框下部与低温焊锡融合焊接，通过微调组合调整模块使光学元件处于目标位置和姿态，过程中光准直仪实时监测；（
ⅵ
）步骤（
ⅴ
）完成后立刻切断加热片电源，使电动机械抓手保持夹持状态，待焊接部分温度降至室温后松开电动机械抓手，完成装配操作。
[0014]
本发明的有益效果是：本发明提供了一种基于低温钎焊的光学元件装配装置及装配方法，相比传统机械弹簧镜架的装配方式降低了单个元件占用光腔内部的空间，可以实现高元件密度的光腔搭建工作，并且本发明方式装配的光学元件在一定范围内应对环境温度变化带来的角度偏差明显小于传统机械弹簧镜架装配方式下的，提高装配的光学元件密度和稳定性；装配方法过程操作简单，并通过机械设计可以实现部分过程的自动化操作，提高装配工艺的标准化程度，提升装配效率。
附图说明
[0015]
图1是本发明基于低温钎焊的光学元件装配装置中装配机构的结构示意图；图2是本发明基于低温钎焊的光学元件装配装置中装调机构的结构示意图。
[0016]
其中：1
ꢀꢀ
镜框
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2ꢀꢀ
光学镜片3
ꢀꢀ
加热片
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ4ꢀꢀ
低温焊锡5
ꢀꢀ
普通焊锡
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ6ꢀꢀ
底板7
ꢀꢀ
光学平台
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ8ꢀꢀ
电动平移架9
ꢀꢀ
组合调整模块
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10
ꢀꢀ
电动机械抓手11
ꢀꢀ
光准直仪。
[0017]
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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
[0018]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合说明书附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明基于低温钎焊的光学元件装配装置及装配方法的技术方案。
[0019]
实施例1如图1、2所示，一种基于低温钎焊的光学元件装配装置，其特征在于：包括装配机构和
装调机构；所述装配机构包括固定光学镜片2的镜框1、加热片3和底板6，所述加热片3与镜框1、底板6之间分别通过低温焊锡4和普通焊锡5连接；所述装调机构包括光学平台7、设置于光学平台7上的电动平移架8和光准直仪11，组合调整模块9设置于电动平移架8上，电动机械抓手与组合调整模块9连接；所述装配机构放置于光学平台7上。
[0020]
所述镜框1和底板6均采用殷钢材质，殷钢材质在金属类里的热膨胀系数较低，在实验环境温度变化时材料的形变量很小，有利于搭建光腔的稳定性。
[0021]
所述镜框1、加热片3和底板6均采取表面镀金工艺处理以便于焊锡浸润。
[0022]
所述加热片3为ptc陶瓷加热片，用于加热融化焊锡，具有升温迅速、自动恒温的特点，其恒定温度略高于70℃。
[0023]
所述普通焊锡5熔点为183℃，所述低温焊锡4熔点为70℃。
[0024]
所述光学平台7用以固定安装工作。
[0025]
所述电动机械抓手10用于抓取镜框。
[0026]
所述组合调整模块9包括三维平移台、旋转台和弧摆台，三维平移台固定安装于电动平移架8上；所述旋转台安装于三维平移台上；弧摆台安装于旋转台上，且能与旋转台一起沿旋转台的中心轴转动；电动机械抓手10安装于弧摆台上并能随弧摆台一起在竖直面内摆动一定角度。
[0027]
所述光准直仪11固定安装于光学平台7上，用于监测光学元件2的角度偏移情况。
[0028]
所述电动平移架8、组合调整模块9中的三维平移台、旋转台和弧摆台、电动机械抓手10和光准直仪11均为现有通用于自动机械领域的常规设备。
[0029]
本发明的工作原理：本发明通过采取整体装调的方式来代替传统机械弹簧座式的装调方式。整体装调即通过外部装置实现对光学元件的抓取和位置及姿态的调整，再配合相应的装配固定方法，最终实现对光学元件的一次装配定型。这种装配方式能够大大节约单个元件占用光腔内部的空间，提高光学元件密度，并且外部装调装置可以通过高精度的机械设计来实现自动化操作，这样一方面可以提高单个光学元件的装配精度和稳定性，另一方面可以大大节约人力，提高装配效率。
[0030]
实施例2以实施例1为基础，一种基于低温钎焊的光学元件装配方法，包括以下步骤：（
ⅰ
）将ptc陶瓷加热片通过普通焊锡预先焊接在殷钢镀金底座上，并在ptc陶瓷加热片上面预先焊接一定量的低温焊锡，然后将殷钢镀金底座固定在光学平台上的待装配位置附近；（
ⅱ
）将光学元件固定在镜框内；（
ⅲ
）通过电动机械抓手抓取镜框，驱动电动平移架将镜框移动至装配位置附近；（
ⅳ
）通过组合调整模块精确调节元件位置和姿态至待装配状态，这个过程中元件的偏转角度通过光准直仪实时监测；（
ⅴ
）通过ptc陶瓷加热片加热融化其上部的低温焊锡，并通过组合调整模块将殷钢镀金镜框下部与低温焊锡融合焊接，通过微调组合调整模块使光学元件处于目标位置和姿态，通过光准直仪实时监测这一过程；（
ⅵ
）上一步骤完成后立刻切断ptc陶瓷加热片电源使焊接部分降温，使电动机械抓手
保持夹持状态，待焊接部分温度降至室温后松开电动机械抓手，完成此次装配操作。
[0031]
本发明仅使用略大于光学元件本身尺寸的殷钢镀金镜框进行装配，无需使用体积远大于光学元件本身尺寸的机械弹簧式光学镜架，能够大大节约光腔内的空间，提高光学元件装配密度；通过对采用本发明方式与传统机械弹簧镜架方式装配的光学元件进行温度稳定性测试实验，即保持其它条件相同，改变光学元件所处环境温度，观测在两种装配方式下光学元件偏移角度随温度的变化情况，结果显示温度从室温（25℃）逐步升高至60℃时，机械弹簧镜架装配方式下的元件最大偏移角度达到603.62微弧度，而低温钎焊装配方式下的元件最大偏移角度只有294.11微弧度，可见本发明方式装配的光学元件在一定范围内对温度变化的稳定性明显要高于传统机械弹簧镜架方式装配的光学元件。
[0032]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0033]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0034]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0035]
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。