CN109226962A - 一种光纤激光to封帽*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤激光TO封帽***,包括激光器、激光聚焦滑台、CCD摄像头、旋转工作台、控制器;所述激光器通过光缆连接有激光焊接头,所述激光焊接头安装在激光聚焦滑台上,所述CCD安装在激光焊接头上;所述旋转工作台安装在激光聚焦滑台的一侧;所述激光器、激光聚焦滑台、CCD摄像头、旋转工作台分别与控制器电连接;通过控制器调节激光器的能量调节、激光聚焦滑台的调焦聚、CCD摄像头的镜头捕捉以及旋转工作台与激光聚焦滑台的旋转配合。在本发明中用光纤激光TO封帽***取代市面上传统的电容储能TO封帽机,既可以提高TO封帽质量,又易于实现图像识别的TO封帽自动化,是十分有意义的高科技创新应用。
Description
技术领域
本发明涉及TO封装的缝焊领域,具体涉及一种光纤激光TO封帽***。
背景技术
TO封装的光电器件被大量地使用在光纤通信中,如半导体激光二极管发射器件和PD二极管探测器件。TO封装的光电器件的传统封帽工艺都是采用以电容储能放电为原理的电容储能式TO封帽机。
电容储能式TO封帽机用电容作为电能量存储器件,在电容充电后瞬间以脉冲形式释放出能量的方式,将TO管帽熔焊到TO基座上。TO管帽夹具连接到储能电容电源的正极,而需要封帽的TO管壳和TO基座连接到电源的负极上;封帽时,TO夹具压到TO管壳和TO基座上,控制瞬间脉冲大电流通过TO管壳和TO基座的结合部位,产生的热量迅速使TO管壳和基座之间的隙缝熔焊。电极和工件的接触焊接是TO封帽的必要条件,而电容储能电源必须提供熔焊所需要脉冲瞬间的电能量。大电容充电储能原理虽然电路简单,但每次充放电都需要时间,很难实现连续工作;而且庞大的电容充放电电源装置,使传统的TO封帽机体积笨重,维护困难;对于不同直径大小的TO封帽,需要更换不同的夹具和调试不同的脉冲参数和储能要求;由于是接触式焊接,如采用半自动或自动TO封帽时,控制结构比较复杂。
发明内容
本发明的目的是提供可以替代传统电容储能式TO封帽机、采用无接触焊接方式的TO封帽***。
为了达到上述目的,本发明提出的技术方案如下:
一种光纤激光TO封帽***,包括激光器、激光聚焦滑台、CCD摄像头、旋转工作台、控制器;所述激光器通过光缆连接有激光焊接头,所述激光焊接头安装在激光聚焦滑台上,所述CCD安装在激光焊接头上;所述旋转工作台安装在激光聚焦滑台的一侧;所述激光器、激光聚焦滑台、CCD摄像头、旋转工作台分别与控制器电连接;通过控制器调节激光器的能量、激光聚焦滑台的调焦聚、CCD摄像头的镜头捕捉以及旋转工作台与激光聚焦滑台的旋转配合。
进一步的:所述激光聚焦滑台为XY滑台。
进一步的:所述控制器为计算机或是PLC单片机。
进一步的:所述激光聚焦滑台、所述CCD摄像头、所述旋转工作台均位于密闭柜内,所述密闭柜内通过管道连接到氮气源、使密闭柜内充满氮气。
进一步的:在旋转工作台正对工件焊接位置,设置有气体喷头;所述气体喷头通过气管与氩气源连接。
进一步的:所述旋转工作台旋转角度为360°。
进一步的:所述激光器为半导体激光器或半导体泵浦的光纤激光器。
本发明的技术效果是:
在本发明中由于是无接触封帽焊接,完全避免了传统电容储能式TO封帽机更换夹具以适应不同规格TO的麻烦,只需要通过程序改变焊头位置就可以轻易地实现不同规格TO的封帽要求;光纤激光器模块具有电光转换效率高、体积小、免维护等优点,取代庞大的电容组和笨重电源装置,而且参数调节也可以程序化进行;增加图像识别***(CCD摄像机和计算机的互动),极容易实现TO自动封帽生产工艺;光纤激光器可以是脉冲模式,又可以连续工作,而传统电容储能式TO封帽机的电容充放电只能脉冲放电,无法连续焊接。
激光器采用的是光纤激光器,保证了光纤激光器TO封帽***的长期可靠使用。用光纤激光TO封帽***取代市面上传统的电容储能TO封帽机,既可以提高TO封帽质量,又易于实现图像识别的TO封帽自动化,是十分有意义的高科技创新应用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
在附图中:
图1是本发明的总体结构示意图;
图2是旋转工件台马达控制和TO管帽以及管座示意图;
图3半导体激光器结构图;
图4半导体泵浦的光纤激光器结构图;
其中,上述附图包括以下附图标记:
激光器1.12;传能光缆1.3;激光焊接头1.1;CCD摄像头1.2;X轴线形滑台1.4;X轴线形滑台马达1.5;Y轴线形滑台1.6;Y轴线形滑台马达1.7;计算机1.13;TO基座1.8;TO管帽1.20;工件平台1.21;旋转工作台1.9;旋转工作台马达1.10;密闭柜1.15;氮气源1.16;管道1.17;喷头1.11;气管1.14。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明,其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明,但并不作为对本发明的不当限定。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种光纤激光TO封帽***,包括激光器、激光聚焦滑台、CCD摄像头、旋转工作台、控制器;所述激光器通过光缆连接有激光焊接头,所述激光焊接头安装在激光聚焦滑台上,所述CCD安装在激光焊接头上;所述旋转工作台安装在激光聚焦滑台的一侧;所述激光器、激光聚焦滑台、CCD摄像头、旋转工作台分别与控制器电连接;通过控制器调节激光器的能量、激光聚焦滑台的调焦聚、CCD摄像头的镜头捕捉以及旋转工作台与激光聚焦滑台的旋转配合。
在本发明中,通过CCD摄像头将位置信号反馈到控制器,控制器通过控制激光聚焦滑台的滑动位置,确定激光器发射的的激光焦点;并同时通过控制旋转工作台的旋转角度完成工件的TO封装;整个封装过程是无接触式的,完全避免了传统电容储能式TO封帽机更换夹具以适应不同规格TO的麻烦,只需要通过程序改变焊头位置就可以轻易地实现不同规格TO的封帽要求;整个过程简单、可靠。
在本发明中激光聚焦滑台可以采用XY滑台、或是XYZ滑台(通过丝杠组件或是气缸轨道等机构),根据焊接聚焦的需要进行选择,在此不做限定。
在本发明中所述控制器为计算机或是PLC单片机,或是其他可以实现控制的装置,根据实际使用的需要选择,在此不做限定。
在本发明中,旋转工作台,可以是任意形式,这对本领域的技术人员来说是容易实现的,例如步进电机通过锥形齿轮组带动工件平台做旋转;或是齿条主动往复运动(气缸拉动或是其他更复杂的往复机构)、齿轮被动旋转带动工件平台做旋转;或是蜗轮蜗杆的配合实现工件平台的旋转;在此不做限定。
对于工件的固定,通常来说只需要实现工件的安放就可以,可以采用通孔***式(不同的通孔形状、直径以配合不同的工件);或是卡爪固定工件的方式,或是其他的方式,在此不做限定。
为保证工作的稳定性:所述激光聚焦滑台、所述CCD摄像头、所述旋转工作台均位于密闭柜内,所述密闭柜内通过管道连接到氮气源、使密闭柜内充满氮气。由氮气罐1.16通过氮气管道1.17给氮气柜1.15提供TO封帽需要的干燥气体。
另外,为了焊接质量更稳定,在旋转工作台正对工件焊接位置,设置有气体喷头1.11;所述气体喷头通过气管与氩气源连接。氩气使封帽的焊接质量更好,并且也对封帽工件1.8起到冷却作用。
在本发明中,所述激光器是以光纤为光能量传导的激光器,为半导体激光器或半导体泵浦的光纤激光器中的一种。
实施例一
一种光纤激光TO封帽***,包括激光器、激光聚焦滑台、CCD摄像头、旋转工作台、控制器;所述激光器通过光缆连接有激光焊接头,所述激光焊接头安装在激光聚焦滑台上,所述CCD安装在激光焊接头上;所述旋转工作台安装在激光聚焦滑台的一侧;所述激光器、激光聚焦滑台、CCD摄像头、旋转工作台分别与控制器电连接;通过控制器调节激光器的能量调节、激光聚焦滑台的调焦聚、CCD摄像头的镜头捕捉以及旋转工作台与激光聚焦滑台的旋转配合。所述控制器为计算机。
所述激光聚焦滑台为XY滑台:XY滑台包括X轴线形滑台1.4和Y轴线形滑台1.6;焊接头固定在X轴线形滑台1.4上;X轴线形滑台马达1.5可以在水平方向移动,以适应不同直径规格的TO封帽要求;Y轴线形滑台马达1.7垂直方向移动焊接头;以调节激光焊接头的焦距实现最佳封帽焊接结果;计算机1.13通过程序控制X和Y轴线形滑台马达1.5和1.7,进而移动X和Y轴滑台。
所述激光聚焦滑台、所述CCD摄像头、所述旋转工作台均位于密闭柜内,所述密闭柜内通过管道连接到氮气源、使密闭柜内充满氮气。在旋转工作台正对工件焊接位置,设置有气体喷头;所述气体喷头通过气管与氩气源连接。
旋转工作台1.9上安装有工件平台1.21;在旋转工作台马达1.10的作用下实现360°旋转。
所述激光器为半导体激光器。半导体激光器由多只半导体激光二极管合束而成,合束后的激光通过光纤输出。具体结构如图3,多只半导体激光器2.1输出光纤分别与合束器2.2输入光纤熔接,合束器2.2输出光纤与光纤输出缆2.3熔接,通过合束器将半导体激光器发出的激光合到一根光纤中,得到叠加的激光能量。
其中,半导体激光器的激光通过光纤耦合输出,半导体激光器的输出光纤与合束器输入光纤相同。半导体激光二极管的数目不少于1只,且不大于合束器输入光纤数目。合束器输出光纤与光纤输出头光纤相同。
本光纤激光TO封帽***的工作过程如下:
计算机程序根据封帽TO的规格,设置好光纤激光器1.12、激光焊接头1.1和旋转工作台1.9的参数,在程序指令的操作下,光纤激光器1.12以优化好的激光能量、脉冲宽度、占空比和脉冲频率的参数发出激光光束,同时,旋转工作台1.9以优化好的转速旋转工件1.8,使整个TO管帽1.20和基座1.8周边都均匀地焊接在一起,达到TO无接触封帽的目的。
实施例二
一种光纤激光TO封帽***,包括激光器、激光聚焦滑台、CCD摄像头、旋转工作台、控制器;所述激光器通过光缆连接有激光焊接头,所述激光焊接头安装在激光聚焦滑台上,所述CCD安装在激光焊接头上;所述旋转工作台安装在激光聚焦滑台的一侧;所述激光器、激光聚焦滑台、CCD摄像头、旋转工作台分别与控制器电连接;通过控制器调节激光器的能量调节、激光聚焦滑台的调焦聚、CCD摄像头的镜头捕捉以及旋转工作台与激光聚焦滑台的旋转配合。所述控制器为计算机。
所述激光聚焦滑台为XY滑台:XY滑台包括X轴线形滑台1.4和Y轴线形滑台1.6;焊接头固定在X轴线形滑台1.4上;X轴线形滑台马达1.5可以在水平方向移动,以适应不同直径规格的TO封帽要求;Y轴线形滑台马达1.7垂直方向移动焊接头;以调节激光焊接头的焦距实现最佳封帽焊接结果;计算机1.13通过程序控制X和Y轴线形滑台马达1.5和1.7,进而移动X和Y轴滑台。
所述激光聚焦滑台、所述CCD摄像头、所述旋转工作台均位于密闭柜内,所述密闭柜内通过管道连接到氮气源、使密闭柜内充满氮气。在旋转工作台正对工件焊接位置,设置有气体喷头;所述气体喷头通过气管与氩气源连接。
旋转工作台1.9上安装有工件平台1.21;在旋转工作台马达1.10的作用下实现360°旋转。
所述激光器为半导体泵浦的光纤激光器。
半导体激光二级管泵浦的光纤激光器结构如图4所示,包含半导体激光二级管3.1,合束器3.2,高反光栅3.3,低反光栅3.5,增益光纤3.4,包层光功率剥除器3.6和光纤输出缆3.7。激光电源作用在半导体激光二极管3.1上使其发出泵浦光,各个半导体激光二极管发出的光经由合束器3.2合进一根光纤,合束后的泵浦光进入由高反光栅3.3、低反光栅3.5和增益光纤3.4形成的谐振腔中。在光学谐振腔中,增益光纤纤芯掺杂的稀土材料吸收泵浦光形成粒子数反转,反转后的粒子在受激辐射和谐振腔作用下形成激光,激光经过包层光剥除器3.6和光纤输出缆3.7输出。包层光剥除器用于将谐振腔中未被完全吸收的泵浦光剥除出光纤,减少泵浦光对出光质量的干扰。
半导体激光二极管带尾纤,泵浦光从尾纤输出,半导体激光二极管的尾纤与泵浦合束器的输入光纤相同;泵浦合束器有多根输入光纤,光纤激光器中泵浦激光二极管数目不大于泵浦合束器输入光纤数目;泵浦合束器输出光纤、高反光栅光纤、低反光栅光纤和包层光剥除器光纤相同;光纤输出头的光纤为多模光纤,输出多模激光器便于激光焊接。高反光栅对所产生激光的反射率大于99%,低反光栅对所产生激光的反射率为10%。
本光纤激光TO封帽***的工作过程如下:
计算机程序根据封帽TO的规格,设置好光纤激光器1.12、激光焊接头1.1和旋转工作台1.9的参数,在程序指令的操作下,光纤激光器1.12以优化好的激光能量、脉冲宽度、占空比和脉冲频率的参数发出激光光束,同时,旋转工作台1.9以优化好的转速旋转工件1.8,使整个TO管帽1.20和基座1.8周边都均匀地焊接在一起,达到TO无接触封帽的目的。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种光纤激光TO封帽***,其特征在于:包括激光器、激光聚焦滑台、CCD摄像头、旋转工作台、控制器;
所述激光器通过光缆连接有激光焊接头,所述激光焊接头安装在激光聚焦滑台上,所述CCD安装在激光焊接头上;
所述旋转工作台安装在激光聚焦滑台的一侧;
所述激光器、激光聚焦滑台、CCD摄像头、旋转工作台分别与控制器电连接;通过控制器调节激光器的能量、激光聚焦滑台的调焦聚、CCD摄像头的镜头捕捉以及旋转工作台与激光聚焦滑台的旋转配合。
2.根据权利要求1所述的光纤激光TO封帽***,其特征在于:所述激光聚焦滑台为XY滑台。
3.根据权利要求1所述的光纤激光TO封帽***,其特征在于:所述控制器为计算机或是PLC单片机。
4.根据权利要求1所述的光纤激光TO封帽***,其特征在于:所述激光聚焦滑台、所述CCD摄像头、所述旋转工作台均位于密闭柜内,所述密闭柜内通过管道连接到氮气源、使密闭柜内充满氮气。
5.根据权利要求1所述的光纤激光TO封帽***,其特征在于:在旋转工作台正对工件焊接位置,设置有气体喷头;所述气体喷头通过气管与氩气源连接。
6.根据权利要求1所述的光纤激光TO封帽***,其特征在于:所述旋转工作台旋转角度为360°。
7.根据权利要求1所述的光纤激光TO封帽***,其特征在于:所述激光器为半导体激光器或半导体泵浦的光纤激光器。
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