本发明涉及光器件自动耦合封装技术领域，特别涉及一种基于功率与光斑检测的四件式光器件耦合焊接夹具。
背景技术：
随着光纤通信和光纤传感技术的发展，光收发器的制备成为了光信息技术进步的关键。在光通信产品中，光收发器如tosa-激光器发射器件、bosa-单纤双向产品(发收一体)的需求量随着发展越来越多，它的功能主要是实现信号的光电转换。一种四件式光器件的结构组成主要是发光组件 透镜 接收组件 调节环，其封装的主要工序为先将发光组件与透镜耦合对准、激光焊接后，再将焊有调节环的接收组件与发光组件-透镜的整体耦合对准、激光焊接，完成光器件全部的封装过程。
在接收组件与发光组件-透镜激光焊接之前，需要进行两者的耦合对准。此耦合的精度对高通信速率的光器件有很高的标准，同时，两者贴合的间隙也有很高的标准。由于接收组件与发光组件、透镜等均存在一定的加工误差，发光组件与透镜焊接为整体后，透镜的上端面以及接收组件的下端面均会存在一定程度的不水平情况，因而会造成两者的贴合不平，导致光功率显著减小以及间隙不平衡，最终影响光器件的封装质量。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种四件式光器件的耦合焊接夹具，用于盒型光器件的夹持固定，以及进行封装面的贴平校准，具有较高的贴平精度。
为了达到上述目的，本发明提供了一种基于功率与光斑检测的四件式光器件耦合焊接夹具，包括底座、设置在所述底座上夹持光器件的夹持部、以及设置在所述底座底端的主动扰动平台，所述底座上设置有导轨和连接座，所述连接座滑动设置在所述导轨上，所述夹持部设置在所述连接座的第一端，所述连接座的第二端设置有一弹性体，所述弹性体同时与所述底座连接，所述导轨的一侧设置有一光栅尺。
进一步地，所述底座设置呈l型，包括水平的底板和竖直的安装板，所述底板固定设置在所述主动扰动平台的上表面，所述导轨竖直设置在所述安装板上。
进一步地，所述连接座设置呈t型，包括水平的连接板和竖直的固定板，所述固定板与滑动设置在所述导轨上的滑块固定连接，所述滑块上设置有与所述光栅尺对应的感应件，所述夹持部设置在所述连接板的第一端，所述弹性体设置在所述连接板的第二端。
进一步地，所述弹性体为一弹簧结构，主要由竖直设置的弹簧和支撑柱组成，所述支撑柱固定设置在一支撑架上，所述支撑架与所述安装板固定连接，所述弹簧套设在所述支撑柱上，底端与所述支撑架接触，顶端与所述连接板的第二端接触。
进一步地，所述主动扰动平台包括绕x轴旋转平台以及绕y轴旋转平台，所述绕x轴旋转平台、所述绕y轴旋转平台均包括一固定台和一旋转台，所述固定台的上表面设置为向下凹陷的内弧面，同时还设置有与所述内弧面保持一致的轨道，所述旋转台的下表面设置为向下凸出的外弧面，与所述内弧面相一致，同时设置有与所述轨道对应的凹槽，所述旋转台通过伺服电机驱动沿所述轨道滑动，使所述旋转台的上表面产生绕x轴或y轴的旋转，所述绕y轴旋转平台的固定台安装在所述绕x轴旋转平台的旋转台上表面，所述底板安装在所述绕y轴旋转平台的旋转台上表面。
进一步地，所述夹持部包括成型在所述连接板第一端的夹持口，所述夹持口的形状与光器件的外形相对应，所述夹持口位置设置有第一夹紧组件和第二夹紧组件，所述第一夹紧组件和第二夹紧组件分别对光器件进行x轴方向的夹紧限位和y轴方向的夹紧限位，所述夹持口的下方设置有一上电装置，所述上电装置用于对光器件进行上电操作。
进一步地，所述第一夹紧组件包括第一端铰接设置在所述连接板上的夹紧板，所述夹紧板的中部固定设置有第一夹紧块，所述第一夹紧块与被夹持的光器件第一侧壁相对应，所述夹紧板的第二端套设在第一锁紧栓上，所述第一锁紧栓与所述连接板螺纹连接。
进一步地，所述第二夹紧组件包括第二锁紧栓，所述第二锁紧栓的端部固定设置第二夹紧块，所述第二夹紧块滑动设置在所述连接板上，同时与被夹持的光器件第二侧壁相对应，所述第二锁紧栓与所述连接板螺纹连接。
进一步地，所述上电装置包括与所述连接板固定安装的上电基座，所述上电基座上设置有一磁性的上电板，所述上电板吸附在所述上电基座上，所述上电板上设置有水平的上电导柱，所述上电导柱上滑动设置一上电压块，所述上电压块的内侧与所述光器件底端的软排电路板对应，所述上电导柱的端部设置有一上电旋钮，所述上电旋钮在拧转时会沿所述上电导柱向内移动，推动所述上电压块向内滑动，将所述软排电路板压至所述上电板的引脚位置形成电接触。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
本发明的四件式光器件耦合焊接夹具，将光器件夹持后采用预贴平的方式进行多次贴平，并通过主动扰动平台驱动底座的整体小幅振动，由光栅尺检测夹持部所在的连接座位移范围，以此不断逼近被夹持部夹持的光器件和上光器件的最佳贴平位置，直至位移范围小于预设值后表明贴平精度合格，适用于高通信速率的光器件贴平，封装精度和质量相对于现有技术有明显提升；
另外，本发明还集光器件的夹持固定和上电装置于一体，不仅能稳固、可靠地对光器件进行夹持、调整位置，同时还能直接对光器件上电，进行光斑检测、功率耦合与平衡校准等，适用于光器件的自动化封装设备。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的底座安装结构示意图；
图3为本发明的夹持口位置结构细节示意图；
图4为本发明进行贴平时的示意简图。
【附图标记说明】
1-底座；2-夹持部；3-主动扰动平台；4-导轨；5-连接座；6-弹性体；7-光栅尺；8-光器件；9-上光器件；10-底板；11-安装板；12-连接板；13-固定板；14-滑块；15-弹簧；16-支撑柱；17-支撑架；18-绕x轴旋转平台；19-绕y轴旋转平台；20-固定台；21-旋转台；22-伺服电机；23-夹持口；24-上电装置；25-夹紧板；26-第一夹紧块；27-第一锁紧栓；28-第二锁紧栓；29-第二夹紧块；30-上电基座；31-上电板；32-软排电路板；33-上电导柱；34-上电压块；35-上电旋钮。
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2所示，本发明的实施例提供了一种基于功率与光斑检测的四件式光器件耦合焊接夹具，包括底座1、设置在底座1上夹持光器件8的夹持部2、以及设置在底座1底端的主动扰动平台3。同时，底座1上还设置有导轨4和连接座5，连接座5滑动设置在导轨4上。夹持部2位于连接座5的第一端，连接座5的第二端设置有一弹性体6，弹性体6的两端分别与连接座5和底座1连接，形成连接座5第二端与底座1的弹性连接状态。导轨4的一侧还设置有一光栅尺7，为记录连接座5沿导轨4滑动距离的位移传感器。
在贴平过程中，弹性体6是保持压缩状态的，即对连接座5持续施加向上的弹性力。当被夹持的光器件8(即发光组件-透镜整体)与上光器件9(即接收组件)需要进行贴平时，上光器件9是通过另一夹具固定悬挂在被夹持的光器件8上方的，并通过另一夹具位移，使其下表面与被夹持的光器件8上表面逐渐贴合，完成预贴平的过程。随后，设置在底座1底端的主动扰动平台3带动底座1整体作小振幅的摆动，由于被夹持的光器件8上表面已经与上光器件9下表面预贴紧，因此两个器件的整体在静坐标系中不会摆动，即被夹持的光器件8会相对底座1进行摆动，因而其相对位移会传递至连接座5上。同时，由于连接座5与底座1滑动接触，且连接座5第二端与底座1弹性连接，因此在底座1摆动过程中，连接座5将相对于底座1运动，产生沿导轨4的上下摆动。最终，通过设置在导轨4一侧的光栅尺7，检测连接座5进行微量位移的变化范围。
贴平的原理为，当被夹持的光器件8上表面与上光器件9下表面贴合精度越高时，底座1在相同幅值的摆动下，连接座5的相对位移变化范围应当越小。因此，贴平的过程是通过主动扰动平台3不断改变其摆动(方向和幅值)，使得被夹持的光器件8不断与上光器件7进行预贴平，再通过光栅尺7检测连接座5在导轨4上的位移变化范围，当范围最小(或小于预设值)时表明被夹持的光器件8与上光器件9已经贴平合格，精度已经达到预设标准。本发明适用于高通信速率的光器件，封装精度和质量相对于现有技术有明显提升。
进一步地，底座1设置呈l型，包括一体设置的、水平的底板10和竖直的安装板11。其中，底板10固定设置在主动扰动平台3的上表面，导轨4竖直设置在安装板11上，因此主动扰动平台3驱动的小振幅摆动会依次传递至底板10、安装板11和导轨4，最终传递至连接座5上。
进一步地，连接座5设置呈t型，包括一体设置的、水平的连接板12和竖直的固定板13。其中，导轨4上还设置有一滑块14，固定板13与滑块14固定连接，连接座5随滑块14沿导轨4位移，光栅尺7通过滑块14上的感应件检测滑块14以及连接座5的位移范围。夹持部2设置在连接板12的第一端，弹性体6设置在连接板12的第二端，形成了连接座5中部与底座1滑动连接、第二端与底座1弹性连接的状态，具体如原理示意图4所示。
进一步地，弹性体6为一弹簧结构，主要由竖直设置的弹簧15和支撑柱16组成。其中，支撑柱16固定设置在一支撑架17上，支撑架17悬挂固定在安装板11的一侧，弹簧15套设在支撑柱16上，弹簧15的底端与支撑架17接触，顶端与连接板12的第二端接触，通过连接板12和支撑架17使弹簧在整个贴平过程中保持压缩状态，形成连接板12第二端和支撑架17的弹性连接。
进一步地，主动扰动平台3包括绕x轴旋转平台18以及绕y轴旋转平台19，均包含一固定台20和一旋转台21，固定台20的上表面设置为向下凹陷的内弧面，同时还设置有与内弧面弧度保持一致的轨道，旋转台21的下表面设置为向下凸出的外弧面，与固定台20的内弧面保持一致，同时设置有与轨道对应的凹槽。其中，旋转台21通过伺服电机22驱动沿轨道滑动，使旋转台21的上表面产生绕x轴或y轴的旋转、即角位移。在本实施例中，绕y轴旋转平台19的固定台20安装在绕x轴旋转平台18的旋转台21上表面，底板10安装在绕y轴旋转平台19的旋转台21上表面，因此底板10通过绕x轴旋转平台18以及绕y轴旋转平台19，分别产生绕x轴、绕y轴的角位移，通过两者叠加的方式，产生任意的不规则摆动，完成光器件8贴平的过程。
进一步地，夹持部2包括成型在连接板12第一端的夹持口23，其形状与被夹持的光器件8外形相对应。在本实施例中，被夹持的光器件8为盒型，因此夹持口23设置为连接板12第一端成型的方形凹槽形式。在夹持口23处设置有第一夹紧组件和第二夹紧组件，第一夹紧组件对光器件8进行x轴方向的夹紧限位，第二夹紧组件对光器件8进行y轴方向的夹紧限位，同时通过挤压接触产生静摩擦，限制光器件8在z轴方向的位移。另外，在夹持口23的下方还设置有一上电装置24，用于对光器件8进行上电操作，使光器件8发射激光、进行光电转换等。
进一步地，第一夹紧组件包括第一端铰接设置在连接板12上的夹紧板25，夹紧板25的中部固定设置第一夹紧块26，第一夹紧块26与被夹持的光器件8第一侧壁相对应。同时，夹紧板25的第二端套设在第一锁紧栓27上，而第一锁紧栓27与连接板12螺纹连接。当光器件8装好后，拧紧第一锁紧栓27，栓头逐渐将夹紧板25的第二端压紧，从而形成类似杠杆的结构、使第一夹紧块26从x轴方向将光器件8压紧在连接板12上。
进一步如图3所示，第二夹紧组件包括第二锁紧栓28，第二锁紧栓28的端部固定设置第二夹紧块29。其中，第二夹紧块29滑动设置在连接板12上成型的滑槽内，滑槽与夹持口23连通。因此在光器件8装好后，拧紧第二锁紧栓28，使第二夹紧块29沿滑槽滑动并移动至夹持口23位置，与光器件8的第二侧壁接触，从y轴方向将光器件8压紧在连接板12上。
上电装置24包括与连接板12固定安装的上电基座30，上电基座30上设置有一磁性的上电板31，上电板31吸附在由铁磁性材料制成的上电基座30上。上电板31上设置有引脚，与光器件8底端的软排电路板32的上电位置相对应，在安装时可调整磁性的上电板31在上电基座30上的位置，使得引脚与软排电路板32的上电位置正对。同时，上电板31上设置有水平的上电导柱33，上电导柱33上滑动设置一上电压块34，当上电板31安装到位后，上电压块34的内侧与软排电路板32以及引脚正对，通过拧转上电导柱33端部的上电旋钮35，使其沿上电导柱33向内移动，从而推动上电压块34沿上电导柱33向内滑动，将软排电路板32压至上电板31的引脚位置，与上电板31电接触，完成光器件8的上电操作。
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。
1.一种基于功率与光斑检测的四件式光器件耦合焊接夹具，其特征在于，包括底座、设置在所述底座上夹持光器件的夹持部、以及设置在所述底座底端的主动扰动平台，所述底座上设置有导轨和连接座，所述连接座滑动设置在所述导轨上，所述夹持部设置在所述连接座的第一端，所述连接座的第二端设置有一弹性体，所述弹性体同时与所述底座连接，所述导轨的一侧设置有一光栅尺。
2.根据权利要求1所述的基于功率与光斑检测的四件式光器件耦合焊接夹具，其特征在于，所述底座设置呈l型，包括水平的底板和竖直的安装板，所述底板固定设置在所述主动扰动平台的上表面，所述导轨竖直设置在所述安装板上。
3.根据权利要求2所述的基于功率与光斑检测的四件式光器件耦合焊接夹具，其特征在于，所述连接座设置呈t型，包括水平的连接板和竖直的固定板，所述固定板与滑动设置在所述导轨上的滑块固定连接，所述滑块上设置有与所述光栅尺对应的感应件，所述夹持部设置在所述连接板的第一端，所述弹性体设置在所述连接板的第二端。
4.根据权利要求3所述的基于功率与光斑检测的四件式光器件耦合焊接夹具，其特征在于，所述弹性体为一弹簧结构，主要由竖直设置的弹簧和支撑柱组成，所述支撑柱固定设置在一支撑架上，所述支撑架与所述安装板固定连接，所述弹簧套设在所述支撑柱上，底端与所述支撑架接触，顶端与所述连接板的第二端接触。
5.根据权利要求3所述的基于功率与光斑检测的四件式光器件耦合焊接夹具，其特征在于，所述主动扰动平台包括绕x轴旋转平台以及绕y轴旋转平台，所述绕x轴旋转平台、所述绕y轴旋转平台均包括一固定台和一旋转台，所述固定台的上表面设置为向下凹陷的内弧面，同时还设置有与所述内弧面保持一致的轨道，所述旋转台的下表面设置为向下凸出的外弧面，与所述内弧面相一致，同时设置有与所述轨道对应的凹槽，所述旋转台通过伺服电机驱动沿所述轨道滑动，使所述旋转台的上表面产生绕x轴或y轴的旋转，所述绕y轴旋转平台的固定台安装在所述绕x轴旋转平台的旋转台上表面，所述底板安装在所述绕y轴旋转平台的旋转台上表面。
6.根据权利要求3所述的基于功率与光斑检测的四件式光器件耦合焊接夹具，其特征在于，所述夹持部包括成型在所述连接板第一端的夹持口，所述夹持口的形状与光器件的外形相对应，所述夹持口位置设置有第一夹紧组件和第二夹紧组件，所述第一夹紧组件和第二夹紧组件分别对光器件进行x轴方向的夹紧限位和y轴方向的夹紧限位，所述夹持口的下方设置有一上电装置，所述上电装置用于对光器件进行上电操作。
7.根据权利要求6所述的基于功率与光斑检测的四件式光器件耦合焊接夹具，其特征在于，所述第一夹紧组件包括第一端铰接设置在所述连接板上的夹紧板，所述夹紧板的中部固定设置有第一夹紧块，所述第一夹紧块与被夹持的光器件第一侧壁相对应，所述夹紧板的第二端套设在第一锁紧栓上，所述第一锁紧栓与所述连接板螺纹连接。
8.根据权利要求6所述的基于功率与光斑检测的四件式光器件耦合焊接夹具，其特征在于，所述第二夹紧组件包括第二锁紧栓，所述第二锁紧栓的端部固定设置第二夹紧块，所述第二夹紧块滑动设置在所述连接板上，同时与被夹持的光器件第二侧壁相对应，所述第二锁紧栓与所述连接板螺纹连接。
9.根据权利要求6所述的基于功率与光斑检测的四件式光器件耦合焊接夹具，其特征在于，所述上电装置包括与所述连接板固定安装的上电基座，所述上电基座上设置有一磁性的上电板，所述上电板吸附在所述上电基座上，所述上电板上设置有水平的上电导柱，所述上电导柱上滑动设置一上电压块，所述上电压块的内侧与所述光器件底端的软排电路板对应，所述上电导柱的端部设置有一上电旋钮，所述上电旋钮在拧转时会沿所述上电导柱向内移动，推动所述上电压块向内滑动，将所述软排电路板压至所述上电板的引脚位置形成电接触。
技术总结