本發(fā)明涉及光通信次模塊制造領域，具體是一種光通信次模塊自動耦合裝置及耦合過程中消除遲滯的方法。

背景技術：

光通信是指通過光纖網(wǎng)絡傳輸通信數(shù)據(jù)信息的通信方式，包括從器件到系統(tǒng)制造等多個環(huán)節(jié)。光通信因其頻帶寬、容量大、中繼距離長、抗干擾性強、保密性強等特點得到飛速發(fā)展。20世紀90年代以來，光通信已成為各國電信業(yè)務傳輸?shù)闹饕侄?。光通信關鍵部分是一個光電轉換的過程，通過一個半導體激光二極管把電轉化成光，再通過光纖進行信息傳輸通信，而這個光電轉化的過程就是由半導體激光二極管完成。因此，激光二極管需要封裝成能夠與光纖標準跳線或者光纖標準連接器相對接的結構，即光通信次模塊，例如光發(fā)射次模塊TOSA（Transmitter Optical Sub Assembly）、光發(fā)射接收次模塊BOSA（Bi-directional Optical Sub Assembly）、光接收次模塊ROSA（Receiver Optical Sub assembly）。

光通信次模塊接口一般是由一個套筒、一個插芯和金屬件組成標準的接口，首先電信號通過激光二極管轉化成光信號，通過激光二極管的頂部透鏡聚焦形成一個直徑在5-10微米的光斑，用耦合的方法使得這個微米級的光斑正好在插芯的纖芯內(nèi)，單模插芯的纖芯的直徑為9微米，因此把微米級的光斑耦合進入一個微米級的纖芯孔中，對耦合的工裝、裝夾的精度穩(wěn)定性，焊接的能量等方面都要求很嚴格?，F(xiàn)在絕大部分的光通信次模塊的耦合過程都是依靠人手手工操作實現(xiàn)的，整個過程中的主觀判斷因數(shù)太多，比如夾具的使用習慣、產(chǎn)線生產(chǎn)工藝的配合、人員情緒等等因素，使得耦合得到的產(chǎn)品品質的一致性難以控制，從而影響下游的產(chǎn)品生產(chǎn)。

近年來，由于國家對光通信產(chǎn)業(yè)的支持，光通信行業(yè)得到迅速發(fā)展，因此對光通信產(chǎn)品的需求量也越來越大，同時，光通信產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的門檻降低，大批光模塊廠家的出現(xiàn)。各個公司背景、服務的對象以及實力等因素，實際設計生產(chǎn)的激光次模塊外形尺寸各有差異，導致存在多種類型的耦合工裝夾具，各種工裝生產(chǎn)的工藝不同，進而生產(chǎn)的產(chǎn)品的質量穩(wěn)定性，產(chǎn)品的合格率和成本都不同，競爭也越來越激烈，制造的產(chǎn)品良莠不齊，并且設備商對光模塊廠家的產(chǎn)品要求也越來越高。

從上述的情況下，對于品質、產(chǎn)量和價格的要求，需要一種新的生產(chǎn)工藝保證生產(chǎn)效率，降低耦合成本，保持產(chǎn)品質量穩(wěn)定和產(chǎn)品的合格率，光通信次模塊生產(chǎn)耦合自動化成為一個必然的趨勢。

光通信次模塊自動耦合裝置使用的是驅動器帶動驅動軸推動機械結構往復運動完成耦合，由于光通信次模塊耦合需要微米級以上的精度，絲杠間的間隙及驅動器的精度都會使記錄的位置與實際停留的位置產(chǎn)生偏差，這種現(xiàn)象是遲滯現(xiàn)象的表現(xiàn)。

因此，需要一種光通信次模塊自動耦合裝置及耦合過程中消除遲滯的方法以解決上述問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種精度高、耦合效率高的光通信次模塊自動耦合裝置及耦合過程中消除遲滯的方法。

本發(fā)明通過如下技術方案實現(xiàn)上述目的：一種光通信次模塊自動耦合裝置，包括底座、承載于所述底座上的下夾具、對應所述下夾具設置并位于下夾具之上的上夾具、連接所述上夾具并在豎直方向運動的Z軸、驅動所述Z軸運動的Z軸驅動器、連接所述下夾具并橫向運動的X軸、連接所述下夾具并橫向移動的Y軸、驅動所述X軸運動的X軸驅動器、驅動所述Y軸運動的Y軸驅動器；所述下夾具下部分延伸入底座中，所述X軸及所述Y軸插入底座中并與下夾具連接；所述X軸及Y軸的運動方向相互垂直。

進一步的，所述光通信次模塊自動耦合裝置還包括橫梁、支撐所述橫梁兩側并安裝于底座上的一對支撐腿；所述橫梁兩側套設在所述支撐腿上并在支撐腿上豎直移動；支撐腿上套設有彈簧，所述彈簧的兩端分別抵靠橫梁及底座，所述Z軸上設有在豎直方向上定位橫梁的定位裝置，所述定位裝置位于橫梁上并抵靠橫梁。

進一步的，所述底座上設有激光器供電插座，所述激光器供電插座連接所述下夾具并給予下夾具中設置的導電裝置供電。

進一步的，所述X軸、Y軸、Z軸均連接有驅動裝置

一種耦合過程中消除遲滯的方法，包括以下步驟：

（A）激光器供電插座供電，將激光二極管安裝在下夾具中，光纖標準連接器機構管芯安裝于上夾具中，以便接收激光器發(fā)出的光功率；

（B）啟動X軸、Y軸、Z軸驅動器按鍵，使X軸，Y軸帶動安裝在下夾具中的激光二極管沿各自軸線運動及Z軸沿Z軸軸線運動，尋找集成控制電路接收到的最大光功率；

（C）當X軸、Y軸、Z軸運動到最大光功率時， X軸、Y軸、Z軸停止運動，集成控制電路給焊接機焊接信號，將光纖標準連接器機構管芯及激光二極管進行激光焊接形成光通信次模塊；

（D）焊接完畢后，手動松開下夾具，啟動X軸、Y軸、Z軸驅動器復位按鍵，驅動裝置將X軸、Y軸、Z軸復位至機械原始位置，以便安裝下一套待焊接器件；

進一步的，所述步驟（B）包括以下步驟：

（1）X軸驅動器帶動X軸往前運動規(guī)定的耦合距離h1，在此運動過程中，根據(jù)要求，集成控制電路會監(jiān)測檢測量及記錄需要停留的與原點間的距離。

（2）驅動器帶動X軸反方向運動直至第1步時的找光原點位置，在這個過程中，集成控制電路監(jiān)測檢測量，如果檢測量符合要求，X軸則停止；如果運動到第1步時的找光原點位置時，檢測量與第1步記錄的檢測量不符，則運行第3步；

（3）X軸驅動器帶動X軸再沿第1步運動的方向由找光原點位置運動到第1步記錄中的符合要求的檢測量對應的位置；

（4）Y軸開始與X軸同樣的第1步到第3步；

（5）各軸驅動裝置將各軸復位至找光原點位置。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明光通信次模塊自動耦合裝置及耦合過程中消除遲滯的方法的有益效果是：一人對應一個設備的高度集成模式，取代目前傳統(tǒng)的多人手工耦合對應一臺焊接機器的方式，降低人力生產(chǎn)成本，易于實現(xiàn)流水化生產(chǎn)，減少內(nèi)耗，提高生產(chǎn)效率；全自動實時監(jiān)控光功率變化，能夠有效降低人為因素的影響，保證產(chǎn)品的一次成品率；實現(xiàn)耦合焊接的數(shù)字化監(jiān)控，提高產(chǎn)品過程監(jiān)控能力，保證焊接穩(wěn)定性，能夠實時篩選光功率變化大的產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的合格率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中光通信次模塊自動耦合裝置的立體圖。

圖2是本發(fā)明中光通信次模塊自動耦合裝置的主視圖。

圖3是本發(fā)明中自動耦合原理圖。

圖4是本發(fā)明中耦合過程中消除遲滯的方法的流程圖。

圖5是本發(fā)明中耦合裝置運動軌跡的原理圖。

圖6是步驟(B)的流程圖。

具體實施方式

請參閱圖1至圖6所示，光通信次模塊自動耦合裝置包括底座1、承載于底座1上的下夾具2、對應下夾具2設置并位于下夾具2之上的上夾具3、連接上夾具3并在豎直方向運動的Z軸4、驅動Z軸4運動的Z軸驅動器5、連接下夾具2并橫向運動的X軸6、同樣連接下夾具2并橫向移動的Y軸7、驅動X軸6運動的X軸驅動器8、驅動Y軸7運動的Y軸驅動器9；下夾具2下部分延伸入底座1中，X軸6及Y軸7同樣插入底座1中并與下夾具2連接；X軸6及Y軸7的運動方向相互垂直。該光通信次模塊自動耦合裝置還包括橫梁10、支撐橫梁10兩側并安裝于底座1上的一對支撐腿11。橫梁10兩側套設在支撐腿11上并在支撐腿11上豎直移動。支撐腿11上套設有彈簧12，彈簧12的兩端分別抵靠橫梁10及底座1。Z軸4上設有在豎直方向上定位橫梁10的定位裝置13，定位裝置13位于橫梁10上并抵靠橫梁10。定位裝置13能夠使得焊接前位于上夾具3中的光纖標準連接器機構管芯及位于下夾具2中的激光二極管完全緊密貼合，并經(jīng)定位裝置13的鎖緊，耦合平移的過程中上下兩部分仍然是完全緊密貼合。底座1上設有激光器供電插座14，激光器供電插座14連接下夾具2并給予下夾具2中設置的導電裝置供電。X軸、Y軸、Z軸均連接有位置傳感器，耦合焊接完成后，重復復位至機械原始位置。

耦合過程中消除遲滯的原理為：將激光二極管安裝在下夾具2中，光纖標準連接器機構管芯安裝于上夾具3中，通過移動X軸6、Y軸7、Z軸4控制激光二極管及光纖標準連接器機構管芯的相對位置，同時將光纖標準連接器機構管芯和外接光纖跳線相連接并將耦合得到的光功率值反饋顯示到一個顯示屏上，在耦合的過程中，顯示屏上顯示的光功率值不斷變化，使得X軸6、Y軸7、Z軸4都往光功率變大的方向移動，最后使得光功率最大值后，對光纖標準連接器機構管芯及激光二極管進行激光焊接形成光通信次模塊。光纖標準連接器機構管芯沒有接收到激光器發(fā)射出光時，X軸、Y軸、Z軸一定的范圍內(nèi)做往復的掃描運動，直到找到光。當機械的原始位置確定后，每個光通信次模塊耦合制造完成后，都會自動復位到機械的原始位置，保證下一次耦合過程的完成。

耦合過程中消除遲滯的方法，包括以下步驟：

（A）激光器供電插座供電，將激光二極管安裝在下夾具中，光纖標準連接器機構管芯安裝于上夾具中，以便接收激光器發(fā)出的光功率；

（B）啟動X軸、Y軸、Z軸驅動器按鍵，使X軸，Y軸帶動安裝在下夾具中的激光二極管沿各自軸線運動及Z軸沿Z軸軸線運動，尋找集成控制電路接收到的最大光功率；

（C）當X軸、Y軸、Z軸運動到最大光功率時， X軸、Y軸、Z軸停止運動，集成控制電路給焊接機焊接信號，將光纖標準連接器機構管芯及激光二極管進行激光焊接形成光通信次模塊；

（D）焊接完畢后，手動松開下夾具，啟動X軸、Y軸、Z軸驅動器復位按鍵，驅動裝置將X軸、Y軸、Z軸復位至機械原始位置，以便安裝下一套待焊接器件；

其中，上述步驟（B）包括以下步驟：

（1）X軸驅動器帶動X軸往前運動規(guī)定的耦合距離h1（此耦合距離實際應為h1-△F），在此運動過程中，根據(jù)要求，集成控制電路會監(jiān)測檢測量及記錄需要停留的與原點間的距離（此距離實際應為減去-△F）。

（2）第1步結束后，驅動器帶動X軸反方向運動直至第1步時的找光原點位置，在這個過程中，集成控制電路監(jiān)測檢測量，如果檢測量符合要求，X軸則停止；如果運動到第1步時的找光原點位置時，檢測量與第1步記錄的檢測量不符，則運行第3步；

（3）X軸驅動器帶動X軸再沿第1步運動的方向由找光原點位置運動到第1步記錄中的符合要求的檢測量對應的位置，這樣X軸就與第1步運行的狀態(tài)是一致的，抵消掉了由往復運動而產(chǎn)生的間隙導致的記錄位置與實際位置不一致問題；因為最終運動到原點位置，這樣X軸反方向運動產(chǎn)生的間隙△B可以不做考慮了。

（4）X軸的第1步到第3步結束后，Y軸開始與X軸同樣的第1步到第3步；各軸這樣運動后，消除了由于各軸之間存在的間隙導致各軸實際停在的位置與集成控制電路記錄的位置產(chǎn)生的遲滯現(xiàn)象。保證了耦合的一致及準確性。

（5）各軸驅動裝置將各軸復位至找光原點位置，以便安裝下一套待焊接器件。

該方法不緊適用于此耦合設備，對于其他存在間隙的裝置同樣適用。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

1、一人對應一個設備的高度集成模式，取代目前傳統(tǒng)的多人手工耦合對應一臺焊接機器的方式，降低人力生產(chǎn)成本，易于實現(xiàn)流水化生產(chǎn)，減少內(nèi)耗，提高生產(chǎn)效率；

2、全自動實時監(jiān)控光功率變化，能夠有效降低人為因素的影響，保證產(chǎn)品的一次成品率；

3、實現(xiàn)耦合焊接的數(shù)字化監(jiān)控，提高產(chǎn)品過程監(jiān)控能力，保證焊接穩(wěn)定性，能夠實時篩選光功率變化大的產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的合格率。

4、保證產(chǎn)品的耦合效率。

以上所述的僅是本發(fā)明的一些實施方式。對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。