一种单管激光器自动锡焊封装设备及方法与流程

1.本发明涉及激光器耦合封装技术领域，特别涉及一种单管激光器自动锡焊封装设备及方法。


背景技术：

2.单管激光器是常见的激光器，其主要由激光器管壳、激光器芯片、尾纤(光束准直器)组成，激光器芯片用于产生激光，依靠尾纤完成光束的准直后出射。耦合封装的要求为将尾纤与激光器管壳的管孔准确定位后耦合封装，使出射光的光功率等参数达标。
3.现有技术中通常采用点胶固化的方式封装，依靠uv灯将对应位置的胶液固化，使尾纤与激光器管壳的管孔固化封装，如公开号为cn115603167a的发明专利申请公开了一种光束准直器自动耦合封装设备，激光器夹具组件用于夹持定位激光器管壳并上电，光束准直器夹具组件用于夹持光束准直器并耦合至所述激光器管壳的预设位置，所述光束准直器预套设连接环，所述连接环用于连接所述光束准直器与所述激光器管壳，所述光功率耦合检测组件用于检测耦合功率确认耦合精度，所述点胶固化组件用于对耦合位置点胶固化，同时调整所述连接环的位置，能够自动完成光束准直器与激光器管壳的耦合封装。
4.对于部分单管激光器来说，还可以采用锡焊的方式进行固化封装，锡焊是利用低熔点的金属焊料加热熔化后，渗入并充填元器件的连接处间隙进行焊接的方式，也广泛用于电子工业中，而采用前述设备难以通过锡焊的方式进行固化封装。


技术实现要素：

5.本发明的目的是：针对上述背景技术中存在的不足，提供一种能够自动完成单管激光器锡焊封装的方案。
6.为了达到上述目的，本发明提供了一种单管激光器自动锡焊封装设备，包括激光器夹具组件、尾纤夹具组件、锡焊送料组件、以及加热组件；
7.所述激光器夹具组件用于夹持定位激光器管壳，所述尾纤夹具组件用于夹持尾纤并与所述激光器管壳耦合，所述锡焊送料组件用于向封装位置持续输送锡丝，所述加热组件对封装位置的锡丝加热熔焊；
8.所述加热组件包括激光加热组件以及电涡流加热组件，所述激光加热组件用于产生激光使所述锡焊送料组件出料的锡丝快速熔化，所述电涡流加热组件用于产生电涡流，使封装位置的温度场均匀。
9.进一步地，所述激光加热组件包括激光发生器以及与所述激光发生器连接的激光调整座，所述激光调整座用于调整所述激光发生器的角度，使所述激光发生器出射的激光对准出料的锡丝。
10.进一步地，电涡流加热组件包括电涡流发生器、电涡流安装部以及电涡流调整机构，所述电涡流发生器与所述电涡流安装部固定连接，同时电性连接，所述电涡流调整机构与所述电涡流安装部连接，用于调整所述电涡流安装部的位置，所述电涡流发生器接通交
变电流时，对位于内部的激光器管壳的管孔加热。
11.进一步地，所述电涡流安装部包括电涡流安装座，以及设置在所述电涡流安装座上的安装臂，所述安装臂的末端与所述电涡流发生器连接。
12.进一步地，所述电涡流调整机构包括依次连接的纵向调整台，横向调整台以及竖向调整台，以使所述电涡流发生器具有x向、y向以及z向的调整自由度，所述横向调整台以及所述竖向调整台用于调整所述电涡流发生器与所述激光器管壳的管孔对准，所述纵向调整台用于控制所述电涡流发生器套入所述激光器管壳的管孔或离开。
13.进一步地，所述锡焊送料组件包括锡焊送料盒以及锡焊送料管，所述锡焊送料管的末端为出料口，所述出料口位于所述激光器管壳的管孔的正上方，所述锡焊送料盒内装有锡丝，同时设置有出料机构，所述出料机构用于将所述锡焊送料盒内的锡丝持续输送。
14.进一步地，所述出料机构包括步进电机以及推送齿轮组，所述推送齿轮组包括相对设置的主动齿轮与从动齿轮，所述步进电机与所述推送齿轮组的主动齿轮连接，所述锡丝位于所述主动齿轮与所述从动齿轮之间的间隙内。
15.进一步地，还设置有温度传感器，所述温度传感器用于检测所述激光器管壳的温度。
16.进一步地，还包括锡焊视觉检测组件，所述锡焊视觉检测组件包括锡焊视觉检测相机，所述锡焊视觉检测相机用于检测所述激光器管壳的管孔内的锡量是否满足要求。
17.本发明还提供了一种单管激光器自动锡焊封装方法，应用于如前所述的一种单管激光器自动锡焊封装设备，包括如下步骤：
18.s1，将激光器管壳固定在激光器夹具组件的预设位置，将尾纤放置于尾纤夹具组件的夹持部并夹紧；
19.s2，尾纤在尾纤夹具组件的驱动下运动，直到尾纤处于激光器管壳的管孔预设位置，确认耦合精度；
20.s3，锡焊送料组件将锡丝持续向激光器管壳的管孔输送，同时开启激光发生器，使出料的锡丝快速熔化流入激光器管壳的管孔内；
21.s4，确认激光器管壳的管孔内锡焊充满后关闭激光发生器，电涡流加热组件套入激光器管壳的管孔，通电使激光器管壳的管孔被持续加热；
22.s5，预设时间后电涡流加热组件关闭并退出，完成锡焊封装。
23.本发明的上述方案有如下的有益效果：
24.本发明提供的单管激光器自动锡焊封装方案，通过激光器夹具组件、尾纤夹具组件、锡焊送料组件、以及加热组件等的配合，在自动完成尾纤与激光器管壳耦合的基础上，还能够自动进行锡丝的送料、加热熔化填充、焊接固定等，使尾纤与激光器管壳形成高质量的焊接封装，提升了封装效率及质量；
25.本发明中，加热组件通过激光以及电涡流加热相配合的方式，保证了锡丝出料后的快速熔化、以及填充满焊接位置后温度场均匀维持，保证焊接质量；
26.本发明通过视觉检测的方式自动识别管孔的锡量，自动判断锡量是否完全覆盖住管孔，来确保锡量的饱满度；
27.本发明还设置了温度传感器，可以对激光器管壳的温度实时进行检测，确保温度在合适的范围内，有效地保护了元器件在加热焊接过程中不会损坏；
28.本发明的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
29.图1为本发明的整体结构示意图；
30.图2为本发明的激光器耦合结构示意图；
31.图3为本发明的电涡流加热组件示意图；
32.图4为本发明的锡焊送料组件示意图。
33.【附图标记说明】
34.100-激光器夹具组件；101-激光器夹具座；102-激光器夹具调节机构；200-尾纤夹具组件；201-尾纤调整机构；202-尾纤夹具；300-锡焊送料组件；301-锡焊送料盒；302-锡焊送料管；303-出料口；304-步进电机；400-加热组件；410-激光加热组件；411-激光发生器；412-激光调整座；420-电涡流加热组件；421-电涡流发生器；422-电涡流安装部；423-电涡流调整机构；501-激光器管壳；502-尾纤；503-管孔；601-锡焊视觉检测相机。
具体实施方式
35.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。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
37.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，可以是锁定连接，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.如图1、图2所示，本发明的实施例提供了一种单管激光器自动锡焊封装设备，包括激光器夹具组件100、尾纤夹具组件200、锡焊送料组件300、以及加热组件400。其中，激光器夹具组件100用于夹持定位激光器管壳501，尾纤夹具组件200用于夹持尾纤502并与激光器管壳501耦合。激光器夹具组件100包括激光器夹具座101以及激光器夹具调节机构102，激光器夹具调节机构102用于调节激光器夹具座101的位置、角度等。尾纤夹具组件200包括尾纤调整机构201以及设置在尾纤调整机构201上的尾纤夹具202，尾纤夹具202用于夹持尾纤502，在尾纤调整机构201驱动下与激光器管壳501的管孔503位置对接，并调整进行耦合，即耦合前进入耦合的初始位置，且在耦合过程中调整尾纤502位置，采用光功率平面搜索与纵向搜索的方式确认耦合精度。
39.需要说明的是，本实施例中尾纤调整机构201具有x向、y向以及z向的平移自由度，以及绕z向、绕x向的旋转自由度，以调整方位角、倾斜度等，能够顺利完成耦合调整。
40.当耦合完成后，即开始锡焊封装，使尾纤502与激光器管壳501焊接为整体。本实施例中锡焊送料组件300用于向封装位置持续输送锡丝，加热组件400对封装位置的锡丝加热熔焊。
41.其中，锡丝是具有一定硬度的锡焊原料，需要将锡丝输送至封装位置，依靠高温使锡丝熔化后流入、填充满焊缝处。因此在本实施例中，加热组件400包括激光加热组件410以及电涡流加热组件420，激光加热组件410用于产生激光，激光具有照射集中的特点，使锡焊送料组件300出料的锡丝能够迅速熔化并流动。电涡流加热组件420则用于产生电涡流，对封装位置、即激光器管壳501的管孔503位置进行一定程度的加热，使该处温度场均匀，完成焊接固定。
42.在本实施例中，激光加热组件410包括激光发生器411以及与激光发生器411连接的激光调整座412，激光发生器411用于产生高温熔焊的激光，激光调整座412可采用手动调整的方式，来调整激光发生器411的对准角度，使激光发生器411出射的激光对准锡焊送料组件300出料的位置，直接将出料的锡丝高温熔化。
43.同时如图3所示，在本实施例中，电涡流加热组件420包括电涡流发生器421、电涡流安装部422以及电涡流调整机构423。其中，电涡流发生器421为筒状，其能够套设于激光器管壳501的管孔503，电涡流发生器421的内部设置有线圈，当线圈中通交变电流时，能够对铁磁性材料的管孔503进行加热。
44.电涡流发生器421与电涡流安装部422固定连接，同时电性连接，以对电涡流发生器421进行支撑，且能够向电涡流发生器421的线圈通交变电流。具体地，电涡流安装部422包括电涡流安装座、以及设置在电涡流安装座上的安装臂，安装臂具有足够的高度，其末端与电涡流发生器421连接，以使电涡流发生器421能够对应激光器夹具组件100夹持激光器管壳501的高度。
45.电涡流调整机构423与电涡流安装部422连接，用于调整电涡流安装部422的位置。具体地，电涡流调整机构423包括依次连接的纵向调整台，横向调整台以及竖向调整台，以使电涡流发生器421具有x向、y向以及z向的调整自由度。其中，横向调整台以及竖向调整台用于调整电涡流发生器421的高度以及横向位置，以使电涡流发生器421与激光器管壳501的管孔503对准，纵向调整台用于控制电涡流发生器421套入激光器管壳501的管孔503或离开。
46.在耦合前以及耦合时，电涡流发生器421是不套入管孔503的，其位于管孔503的前方，尾纤夹具组件200驱动尾纤502从电涡流发生器421中部穿过后，插入管孔503内并耦合。当激光发生器411出射的激光将出料的锡丝高温熔化、最终判断锡量充满后，电涡流发生器421在电涡流调整机构423的作用下后移，套入激光器管壳501的管孔503，再通交变电流即可(关闭激光发生器411)，以使焊接位置温度场维持恒定，确保焊接均匀。
47.同时如图4所示，在本实施例中，锡焊送料组件300包括锡焊送料盒301以及锡焊送料管302。其中，锡焊送料管302的末端为出料口303，出料口303位于激光器管壳501的管孔503的正上方，锡焊送料盒301内装有锡丝，同时设置有出料机构，出料机构用于将锡焊送料盒301内的锡丝持续输送。需要说明的是，本实施例中激光器管壳501的管孔503上表面开设
有通孔，通孔用于熔化后锡的流入，使其逐渐填充。
48.在本实施例中，出料机构包括步进电机304以及推送齿轮组，推送齿轮组由相对设置的主动齿轮与从动齿轮组成，步进电机304与推送齿轮组的主动齿轮连接，锡丝位于主动齿轮与从动齿轮之间的间隙内。因此，在步进电机304的步进式驱动下，连续的锡丝将会由推送齿轮组的推动逐步地向出料口303推送，且按预设的时间步长进行，使出料口303出料的锡丝能够在同样的时间步长内被激光照射熔化，确保充分熔化的同时使出锡效率最大化。
49.作为进一步改进，本实施例中还设置有温度传感器，温度传感器可采用非接触式的方式，温度传感器用于检测激光器管壳501的温度。需要说明的是，温度传感器主要用于检测激光器管壳501内部的温度，基于激光器管壳501内部已经安装有发光芯片等元器件，通过温度传感器的检测避免其升温过高导致元器件损坏。当温度传感器检测到的温度超过阈值时，会报警且断电使加热组件400停止加热。
50.在本实施例中，设备还设置有锡焊视觉检测组件，锡焊视觉检测组件包括锡焊视觉检测相机601，通过视觉检测的方式确认锡量是否达到要求，例如可以检测管孔503的通孔位置是否有锡溢出等，从而在锡量达到要求后反馈控制出料机构停止进一步出料，而进行后续的电涡流加热。
51.基于同一发明构思，本实施例还提供了一种单管激光器自动锡焊封装方法，在前述设备的基础上，包括如下步骤：
52.s1，将激光器管壳501固定在激光器夹具组件100的预设位置，将尾纤502放置于尾纤夹具组件200的夹持部并夹紧。
53.s2，尾纤502在尾纤夹具组件200的驱动下运动，穿过电涡流发生器421的中心，直到尾纤502处于激光器管壳501的管孔503预设位置，激光器上电进行尾纤处的光功率检测、确认耦合精度，且通过尾纤调整机构201对尾纤502进行调整，直至耦合精度达标。
54.s3，锡焊送料组件300将锡丝持续向激光器管壳501的管孔503输送，采用步进式输送方式，同时开启已调试对准的激光发生器411，其出射激光对准锡焊送料组件300的出料口303，在固定时间步长内使出料的锡丝快速熔化，流入激光器管壳501的管孔503内。
55.s4，通过视觉检测的方式确认激光器管壳501的管孔503内锡焊充满后关闭激光发生器411，电涡流加热组件420套入激光器管壳501的管孔503，通交变电流使激光器管壳501的管孔503被持续加热。
56.s5，预设时间后电涡流加热组件420关闭并退出，完成锡焊封装。
57.采用本实施例提供的单管激光器自动锡焊封装设备及方法，在自动完成尾纤502与激光器管壳501耦合的基础上，还能够自动进行锡丝的送料、加热熔化填充、焊接固定等，使尾纤502与激光器管壳501形成高质量的焊接封装，提升了封装效率及质量。
58.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。

技术特征：
1.一种单管激光器自动锡焊封装设备，其特征在于，包括激光器夹具组件、尾纤夹具组件、锡焊送料组件、以及加热组件；所述激光器夹具组件用于夹持定位激光器管壳，所述尾纤夹具组件用于夹持尾纤并与所述激光器管壳耦合，所述锡焊送料组件用于向封装位置持续输送锡丝，所述加热组件对封装位置的锡丝加热熔焊；所述加热组件包括激光加热组件以及电涡流加热组件，所述激光加热组件用于产生激光使所述锡焊送料组件出料的锡丝快速熔化，所述电涡流加热组件用于产生电涡流，使封装位置的温度场均匀。2.根据权利要求1所述的一种单管激光器自动锡焊封装设备，其特征在于，所述激光加热组件包括激光发生器以及与所述激光发生器连接的激光调整座，所述激光调整座用于调整所述激光发生器的角度，使所述激光发生器出射的激光对准出料的锡丝。3.根据权利要求1所述的一种单管激光器自动锡焊封装设备，其特征在于，电涡流加热组件包括电涡流发生器、电涡流安装部以及电涡流调整机构，所述电涡流发生器与所述电涡流安装部固定连接，同时电性连接，所述电涡流调整机构与所述电涡流安装部连接，用于调整所述电涡流安装部的位置，所述电涡流发生器接通交变电流时，对位于内部的激光器管壳的管孔加热。4.根据权利要求3所述的一种单管激光器自动锡焊封装设备，其特征在于，所述电涡流安装部包括电涡流安装座，以及设置在所述电涡流安装座上的安装臂，所述安装臂的末端与所述电涡流发生器连接。5.根据权利要求3所述的一种单管激光器自动锡焊封装设备，其特征在于，所述电涡流调整机构包括依次连接的纵向调整台，横向调整台以及竖向调整台，以使所述电涡流发生器具有x向、y向以及z向的调整自由度，所述横向调整台以及所述竖向调整台用于调整所述电涡流发生器与所述激光器管壳的管孔对准，所述纵向调整台用于控制所述电涡流发生器套入所述激光器管壳的管孔或离开。6.根据权利要求1所述的一种单管激光器自动锡焊封装设备，其特征在于，所述锡焊送料组件包括锡焊送料盒以及锡焊送料管，所述锡焊送料管的末端为出料口，所述出料口位于所述激光器管壳的管孔的正上方，所述锡焊送料盒内装有锡丝，同时设置有出料机构，所述出料机构用于将所述锡焊送料盒内的锡丝持续输送。7.根据权利要求6所述的一种单管激光器自动锡焊封装设备，其特征在于，所述出料机构包括步进电机以及推送齿轮组，所述推送齿轮组包括相对设置的主动齿轮与从动齿轮，所述步进电机与所述推送齿轮组的主动齿轮连接，所述锡丝位于所述主动齿轮与所述从动齿轮之间的间隙内。8.根据权利要求1所述的一种单管激光器自动锡焊封装设备，其特征在于，还设置有温度传感器，所述温度传感器用于检测所述激光器管壳的温度。9.根据权利要求1所述的一种单管激光器自动锡焊封装设备，其特征在于，还包括锡焊视觉检测组件，所述锡焊视觉检测组件包括锡焊视觉检测相机，所述锡焊视觉检测相机用于检测所述激光器管壳的管孔内的锡量是否满足要求。10.一种单管激光器自动锡焊封装方法，应用于如权利要求1-9任意一项所述的一种单管激光器自动锡焊封装设备，其特征在于，包括如下步骤：
s1，将激光器管壳固定在激光器夹具组件的预设位置，将尾纤放置于尾纤夹具组件的夹持部并夹紧；s2，尾纤在尾纤夹具组件的驱动下运动，直到尾纤处于激光器管壳的管孔预设位置，确认耦合精度；s3，锡焊送料组件将锡丝持续向激光器管壳的管孔输送，同时开启激光发生器，使出料的锡丝快速熔化流入激光器管壳的管孔内；s4，确认激光器管壳的管孔内锡焊充满后关闭激光发生器，电涡流加热组件套入激光器管壳的管孔，通电使激光器管壳的管孔被持续加热；s5，预设时间后电涡流加热组件关闭并退出，完成锡焊封装。

技术总结
本发明提供了一种单管激光器自动锡焊封装设备，激光器夹具组件用于夹持定位激光器管壳，尾纤夹具组件用于夹持尾纤并与激光器管壳耦合，锡焊送料组件用于向封装位置持续输送锡丝，加热组件对封装位置的锡丝加热熔焊；加热组件包括激光加热组件以及电涡流加热组件，激光加热组件用于产生激光使锡焊送料组件出料的锡丝快速熔化，电涡流加热组件用于产生电涡流，使封装位置的温度场均匀。本发明在自动完成尾纤与激光器管壳耦合的基础上，还能够自动进行锡丝的送料、加热熔化填充、焊接固定等，加热组件通过激光以及电涡流加热相配合的方式，保证了锡丝出料后的快速熔化、以及填充满焊接位置后温度场均匀维持，保证焊接质量。保证焊接质量。保证焊接质量。


技术研发人员：唐佳 卢胜强 徐聪 彭晋文 陈晓华 梅志伟 蔡云龙
受保护的技术使用者：北京凯普林光电科技股份有限公司
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/7/22