CN110061415B - 透镜耦合定位装置及其耦合定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及半导体激光器技术领域，公开了一种透镜耦合定位装置及其耦合定位方法，透镜耦合定位装置包括底座、底座调整机构、夹头、夹头调整机构和视觉图像检测机构；用于放置多个芯片的底座安装于底座调整机构上，底座调整机构用于将待耦合的芯片移动至观测区域；用于夹持透镜的夹头连接于夹头调整机构的输出端，夹头调整机构的输入端连接于视觉图像检测机构；视觉图像检测机构的镜头朝向底座，以测量透镜和待耦合的芯片的相对位置。该透镜耦合定位装置通过夹头调整机构、底座调整机构和视觉图像检测机构相互配合，完成了对多个芯片依次进行透镜耦合定位的自动化、连续化操作，提高了耦合过程的精度和效率。

Description

透镜耦合定位装置及其耦合定位方法

技术领域

本发明实施例涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种透镜耦合定位装置及其耦合定位方法。

背景技术

半导体激光器是以半导体材料为工作物质的具有光反馈功能的P-N结二极管，其与固体激光器和气体激光器相比，具有结构紧凑、可靠性高高效稳定等优点，已经被广泛应用于机械加工、材料处理、武器制造和激光显示等行业。半导体激光器具有特殊的发光特性，其输出的激光一般不能直接在实际中应用，必须经过整形、变换和准直。因此自半导体激光器诞生开始，就产生了半导体激光器的耦合问题。所谓的耦合过程主要是对准中心光强较强的部分，以及压缩准直其他部分的光线，以得到功率更集中、质量更好的激光输出。耦合过程通常采用透镜来调整光束的特性，由于透镜的几何尺寸很小，因此对透镜的耦合定位具有较高的难度。

目前，现有技术中通常采用手动调整平台来调节透镜的姿态，且主要针对的是单个半导体激光器和单个透镜的耦合作业。而随着对半导体激光器需求的增长，为了得到更大的输出功率，需要将许多单个半导体激光器组合在一起形成阵列，进而得到高功率半导体激光器。激光器阵列的耦合不同于单个半导体激光器的耦合，阵列耦合中对于半导体激光器和透镜之间的光学性能匹配的要求更加严格，调节难度也更大。因此，现有的针对单个半导体激光器的透镜调节装置已经不适用于由激光器阵列组成的高功率半导体激光器。

发明内容

本发明实施例提供一种透镜耦合定位装置及其耦合定位方法，用以解决现有的针对单个半导体激光器的透镜耦合定位装置不适用于激光器阵列的缺陷，实现多个半导体激光器与透镜的耦合定位的连续化、自动化操作。

本发明实施例提供一种透镜耦合定位装置，包括底座、底座调整机构、夹头、夹头调整机构和视觉图像检测机构；用于放置多个芯片的所述底座安装于所述底座调整机构上，所述底座调整机构用于将待耦合的所述芯片移动至观测区域；用于夹持透镜的所述夹头连接于所述夹头调整机构的输出端，所述夹头调整机构的输入端电连接于所述视觉图像检测机构，以调节所述透镜的位置；所述视觉图像检测机构的镜头朝向所述底座，以测量所述透镜和所述待耦合的芯片的相对位置。

其中，所述底座沿所述底座的长度方向设置有与多个所述芯片一一对应的台阶面；所述底座调整机构包括第一Y轴滑台和第一Z轴滑台，所述第一Y轴滑台的导轨方向平行于所述底座的长度方向，所述第一Y轴滑台的滑块固定连接于所述第一Z轴滑台的导轨，所述第一Z轴滑台的滑块固定连接于所述底座。

其中，所述视觉图像检测机构包括X轴视觉图像检测组件、Z轴视觉图像检测组件和图像处理单元，所述X轴视觉图像检测组件包括朝向所述底座的侧面的第一镜头，所述Z轴视觉图像检测组件包括朝向所述底座的顶面的第二镜头，所述图像处理单元根据所述第一镜头和所述第二镜头采集的图像信息获取所述透镜和所述待耦合的芯片的相对位置，所述夹头调整机构根据所述透镜和所述待耦合的芯片的相对位置调整所述夹头的位置。

其中，所述X轴视觉图像检测组件还包括与所述第一镜头相对设置的第一光源，所述第一光源和所述第一镜头分别设于所述底座的两侧；所述Z轴视觉图像检测组件还包括与所述第二镜头相邻设置的第二光源。

其中，所述夹头调整机构包括X轴滑台、第二Z轴滑台、三维角位移平台；所述第二Z轴滑台的导轨固定连接于所述X轴滑台的滑块，所述第二Z轴滑台的滑块固定连接于所述三维角位移平台的底座，所述三维角位移平台的输出端连接于所述夹头。

其中，所述夹头调整机构还包括摆缸，所述摆缸的缸座连接于所述三维角位移平台的输出端，所述摆缸的输出轴连接于所述夹头。

其中，还包括光斑检测机构，所述光斑检测机构包括探针和探头，所述探针和所述探头相对设置于所述底座的两侧；所述探针用于接触所述待耦合的芯片，以使所述待耦合的芯片通电发出光束；所述探头用于检测所述光束形成的光斑，所述夹头调整机构电连接于所述探头，以根据所述光斑的状态调节所述透镜的位置。

其中，所述光斑检测机构还包括第二Y轴滑台和第三Z轴滑台，所述第三Z轴滑台的导轨固定连接于所述第二Y轴滑台的滑块，所述第三Z轴滑台的滑块固定连接于所述探针。

其中，所述夹头包括壳体、气缸、压片以及错位叠设的第一夹爪和第二夹爪；所述第一夹爪可滑动地设于所述第二夹爪上，所述第一夹爪的杆部连接于所述压片的第一连接位，所述第二夹爪的杆部连接于所述壳体，所述第一夹爪的夹钩位于所述第二夹爪的夹钩的一侧；所述气缸的缸体固定连接于所述壳体，所述气缸的活塞杆连接于所述压片的第二连接位；所述压片的第一连接位和第二连接位之间还设有第三连接位，所述第三连接位转动连接于所述壳体。

本发明实施例提供一种利用上述透镜耦合定位装置的透镜耦合定位方法，包括以下步骤：

S1、将多个芯片放置于底座上；

S2、利用底座调整机构将待耦合的所述芯片移动至观测区域，利用夹头调整机构将夹持有透镜的夹头移动至所述观测区域；

S3、利用视觉图像检测机构获取所述透镜和所述待耦合的芯片的相对位置；

S4、所述视觉图像检测机构将所述透镜和所述待耦合的芯片的相对位置信息传递给所述夹头调整机构，所述夹头调整机构根据所述相对位置信息计算出耦合位置；

S5、所述夹头调整机构调节所述夹头的位置至所述耦合位置；

S6、所述夹头释放所述透镜，使所述透镜与所述待耦合的芯片耦合；

S7、判断是否所有所述芯片均为耦合状态；

若是，则结束；

若否，则所述夹头调整机构驱动所述夹头夹持下一个透镜，跳转执行步骤S2。

本发明实施例提供的透镜耦合定位装置及其耦合定位方法，通过在底座上放置多个芯片以形成激光器阵列，同时，利用底座调整机构将待耦合的芯片移动至观测区域，利用夹头调整机构将夹持有透镜的夹头也移动至观测区域，再通过视觉图像检测机构对待耦合的芯片和透镜的相对位置做测量和判断，并将该相对位置信息传递给夹头调整机构，夹头调整机构再根据测量所得的相对位置信息来调节夹头的位置，进而调节透镜至待耦合的芯片的耦合区域，然后释放透镜，即完成了透镜与当前的待耦合的芯片之间的耦合。随后利用相同的方式对其他的待耦合的芯片依次进行透镜耦合，直至全部芯片均为耦合状态。该透镜耦合定位装置通过夹头调整机构、底座调整机构和视觉图像检测机构相互配合，完成了对多个芯片依次进行透镜耦合定位的自动化、连续化操作，提高了耦合过程的精度和效率，节省了人力和时间，为高功率半导体激光器的批量生产提供了参考。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中的一种透镜耦合定位装置的等轴测视图；

图2是图1中的透镜耦合定位装置的另一视角的等轴测视图；

图3是本发明实施例中的夹头的等轴测视图；

图4是本发明实施例中的Z轴视觉图像检测组件获取的透镜和芯片耦合的调节过程示意图；

图5是本发明实施例中的X轴视觉图像检测组件获取的透镜和芯片耦合的调节过程示意图；

附图标记说明：

1：底座； 11：台阶面； 2：底座调整机构；

21：第一Y轴滑台； 22：第一Z轴滑台； 3：夹头；

31：壳体； 32：气缸； 321：活塞杆；

33：压片； 34：第一夹爪； 35：第二夹爪；

4：夹头调整机构； 41：X轴滑台； 42：第二Z轴滑台；

43：三维角位移平台； 44：摆缸； 5：X轴视觉图像检测组件；

51：第一镜头； 52：第一光源； 6：Z轴视觉图像检测组件；

61：第二镜头； 7：光斑检测机构； 71：探针；

72：探头； 73：同步带组； 74：第二Y轴滑台；

75：第三Z轴滑台； 8：基座； 81：立式支架；

9：料盘； 10：芯片； 20：透镜；

20-1：透镜的第一位置； 20-2：透镜的第二位置；

20-3：透镜的第三位置； 20-4：透镜的第四位置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”“第三”“第四”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“前”“后”“左”“右”以及“X轴”“Y轴”“Z轴”的方向均以附图所示方向为准，以X轴的正方向为右，以Y轴的正方向为前，以Z轴的正方向为上。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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发明实施例中的具体含义。

图1是本发明实施例中的一种透镜耦合定位装置的等轴测视图，如图1所示，本发明实施例提供的一种透镜耦合定位装置，包括底座1、底座调整机构2、夹头3、夹头调整机构4和视觉图像检测机构。

底座1安装于底座调整机构2上，底座1的表面设有多个芯片安装位，每个芯片安装位内对应放置一个芯片10。通过多个芯片10的组合，形成激光器阵列。在进行激光器阵列和透镜20的耦合时，依次对每个芯片10进行独立的耦合定位，待上一个待耦合的芯片10耦合完成后，再进行下一个待耦合的芯片10的耦合。底座调整机构2用于将当前待耦合的芯片10移动至观测区域，便于视觉图像检测机构获取当前待耦合的芯片10的图像。

夹头3连接于夹头调整机构4的输出端，夹头3用于夹持透镜20。夹头调整机构4的输入端电连接于视觉图像检测机构，以调节透镜20的位置。通过夹头调整机构4调整夹头3的位置，进而调节透镜20的位置，便于视觉图像检测机构获取当前透镜20的图像。

视觉图像检测机构的镜头朝向底座1，以测量透镜20和待耦合的芯片10的相对位置，然后通过夹头调整机构4使得透镜20运动至待耦合的芯片10的耦合位置。

本实施例提供的一种透镜耦合定位装置，通过在底座上放置多个芯片以形成激光器阵列，同时，利用底座调整机构将待耦合的芯片移动至观测区域，利用夹头调整机构将夹持有透镜的夹头也移动至观测区域，再通过视觉图像检测机构对待耦合的芯片和透镜的相对位置做测量和判断，并将该相对位置信息传递给夹头调整机构，夹头调整机构再根据测量所得的相对位置信息来调节夹头的位置，进而调节透镜至待耦合的芯片的耦合区域，然后释放透镜，即完成了透镜与当前的待耦合的芯片之间的耦合。随后利用相同的方式对其他的待耦合的芯片依次进行透镜耦合，直至全部芯片均为耦合状态。该透镜耦合定位装置通过夹头调整机构、底座调整机构和视觉图像检测机构相互配合，完成了对多个芯片依次进行透镜耦合定位的自动化、连续化操作，提高了耦合过程的精度和效率，节省了人力和时间，为高功率半导体激光器的批量生产提供了参考。

进一步地，如图1和图2所示，底座1沿底座1的长度方向设置有与多个芯片10一一对应的台阶面11。底座1的表面设有依次上升的台阶面11，每个台阶面11上均设置有一个芯片安装位，用于安装一个激光器的芯片10。

底座调整机构2包括第一Y轴滑台21和第一Z轴滑台22。第一Y轴滑台21的导轨固定在基座8上，且第一Y轴滑台21的导轨方向平行于底座1的长度方向。第一Y轴滑台21的滑块固定连接于第一Z轴滑台22的导轨，第一Z轴滑台22的滑块固定连接于底座1的底部。此处的固定连接可以是通过螺钉或者螺栓的可拆卸固定，也可以是通过焊接或者胶粘的永久固定。

通过第一Y轴滑台21可以使底座1沿Y轴方向平移，因而在视觉图像检测机构的观测区域不变的情况下，可以从前至后(或者从后至前)依次将待耦合的芯片10移动至观测区域内。同样地，通过第一Z轴滑台22可以使底座1沿Z轴方向平移，进而可以由下至上(或者由上至下)依次将待耦合的芯片10移动至较合适的观测高度。而且每次第一Z轴滑台22的移动距离可以与台阶面11之间的高度差进行匹配，有利于实现底座调整机构2的程序化运作。

底座调整机构2可以电连接于视觉图像检测机构，通过视觉图像检测机构所检测的芯片10的图像和位置信息来自动调整底座1。

进一步地，如图1和图2所示，视觉图像检测机构包括X轴视觉图像检测组件5、Z轴视觉图像检测组件6和图像处理单元(图中未示出)。X轴视觉图像检测组件5包括朝向底座1的侧面的第一镜头51，用于检测X轴方向的图像。Z轴视觉图像检测组件6包括朝向底座1的顶面的第二镜头61，用于检测Z轴方向的图像。第一镜头51和第二镜头61均电连接于图像处理单元的输入端，图像处理单元的输出端电连接于夹头调整机构4，以将透镜20和待耦合的芯片10的相对位置信号传递给夹头调整机构4。即图像处理单元根据第一镜头51和第二镜头61采集的图像信息获取透镜20和待耦合的芯片10的相对位置，夹头调整机构4根据透镜20和待耦合的芯片10的相对位置调整夹头3的位置。

具体地，第一镜头51设置在底座1的右侧，并通过第一镜头调整台固定在基座8上。在进行耦合定位作业之前，利用第一镜头调整台调节第一镜头51与底座1之间的距离，使得底座1可以获得较好的成像质量。在耦合定位作业过程中，无需再调节该距离。同样地，第二镜头61设置在底座1的上方，并通过第二镜头调整台固定在立式支架81上。在进行耦合定位作业之前，利用第二镜头调整台调节第二镜头61与底座1之间的距离，使得底座1可以获得较好的成像质量。在耦合定位作业过程中，无需再调节该距离。

图像处理单元接收到第一镜头51和第二镜头61获取的透镜20和待耦合的芯片10的图像，并根据像素分布和亮度、颜色等信息分析计算出透镜20和待耦合的芯片10的相对位置信号，然后图像处理单元再将该相对位置信号传输给夹头调整机构4。

更具体地，X轴视觉图像检测组件5还包括设置在第一镜头51后端的第一图像传感器，Z轴视觉图像检测组件6还包括设置在第二镜头61后端的第二图像传感器。第一图像传感器和第二图像传感器可以采用工业相机，例如CCD相机或者CMOS相机。利用工业相机可以分别将第一镜头51和第二镜头61所采集的光信号转变成电信号，然后再通过信号线传输给图像处理单元。工业相机数据接口可以采用以太网接口、USB接口或者其他的信号接口。

更进一步地，如图1和图2所示，X轴视觉图像检测组件5还包括与第一镜头51相对设置的第一光源52，第一光源52和第一镜头51分别设于底座1的两侧，即第一镜头51设于底座1的右侧，第一光源52设于底座1的左侧。通过设置第一光源52，可以为第一镜头51提供充足的背景光，使第一镜头51获取的图像更清晰。更进一步地，第一光源52还可以通过纵向调整台来实现上下移动，当第一镜头51无需拍摄时，可以将第一光源52下移，避免影响后续作业。

Z轴视觉图像检测组件6还包括与第二镜头61相邻设置的第二光源(图中未示出)。通过设置第二光源也可以为第二镜头61提供充足的打光，使第二镜头61获取的图像更清晰。

进一步地，如图2所示，夹头调整机构4包括X轴滑台41、第二Z轴滑台42、三维角位移平台43。X轴滑台41的导轨固定在基座8上，第二Z轴滑台42的导轨固定连接于X轴滑台41的滑块，第二Z轴滑台42的滑块固定连接于三维角位移平台43的底座，三维角位移平台43的输出端连接于夹头3。此处的固定连接可以是通过螺钉或者螺栓的可拆卸固定，也可以是通过焊接或者胶粘的永久固定。

通过X轴滑台41可以调节夹头3在X轴方向上的位置，通过第二Z轴滑台42可以调节夹头3在Z轴方向上的位置，通过三维角位移平台43可以调节夹头3的三维角度。

具体地，X轴滑台41和第二Z轴滑台42均包括位移传感器。三维角位移平台43包括X轴转动台、Y轴转动台和Z轴转动台，每个转动台均包括电机、凹面座、D形板以及角度传感器。本实施例中，Y轴转动台的凹面座固定连接于第二Z轴滑台42的滑块，Y轴转动台的D形板固定连接于X轴转动台的凹面座，X轴转动台的D形板固定连接于Z轴转动台的凹面座，Z轴转动台的D形板固定连接于夹头3。

更进一步地，夹头调整机构4还包括摆缸44，摆缸44的缸座连接于三维角位移平台43的输出端，摆缸44的输出轴连接于夹头3。利用摆缸44可以使夹头3从水平夹持透镜20的状态逆时针转动90度，变为纵向夹持透镜20的状态，有利于透镜20与芯片10的耦合。当耦合过程结束后，摆缸44再使夹头3顺时针转动90度，重新夹持下一个透镜20。

进一步地，如图1和图2所示，透镜耦合定位装置还包括光斑检测机构7，光斑检测机构7包括探针71和探头72，探针71和探头72相对设置于底座1的两侧。探针71用于接触待耦合的芯片10，以使待耦合的芯片10通电发出光束。探头72用于检测光束形成的光斑，夹头调整机构4连接于探头72，以根据光斑的状态调节透镜20的位置。

具体地，探针71位于底座1的右侧，且贴近底座1的右侧边缘，探针71包括两根导电针。探头72位于底座1的左侧，且距离底座1的左侧一定的距离，探头72的镜头沿X轴方向，朝向底座1。当探针71接触待耦合的芯片10时，芯片10从左侧发出光束，经透镜20准直后射入探头72内，形成光斑。

更进一步地，光斑检测机构7还包括用于驱动探头72运动的同步带组73。同步带组73固定在基座8上，且探头72的运动轨迹沿着X轴方向。通过同步带组73带动探头72运动，可以探测激光光束的发散角，而发散角也是光斑质量的评判标准之一。

更进一步地，光斑检测机构7还包括第二Y轴滑台74和第三Z轴滑台75。第二Y轴滑台74的导轨固定在基座8上，第三Z轴滑台75的导轨连接于第二Y轴滑台74的滑块，第三Z轴滑台75的滑块连接于探针71。通过第二Y轴滑台74可以控制探针71沿Y轴方向的运动，可以避免探针71阻挡X轴视觉图像检测组件5的观测。通过第三Z轴滑台75可以控制探针71沿Z轴方向的运动，可以控制探针71与芯片10的接触，控制光束的有无。

进一步地，如图3所示，夹头3包括壳体31、气缸32、压片33以及错位叠设的第一夹爪34和第二夹爪35。

第二夹爪35上设置有滑槽，第一夹爪34可滑动地连接于第二夹爪35的滑槽，滑槽的长度方向与第二夹爪35的杆部的长度方向平行，因而第一夹爪34可以再第二夹爪35上左右移动。第二夹爪35的杆部固定连接于壳体31，因此第二夹爪35的位置固定不变。

第一夹爪34的夹钩位于第二夹爪35的夹钩的左侧，当第一夹爪34向右滑动时，则第一夹爪34的夹钩和第二夹爪35的夹钩相互靠拢，实现对透镜20的夹持；当第一夹爪34向左滑动时，则第一夹爪34的夹钩和第二夹爪35的夹钩相互背离，实现对透镜20的释放。

第一夹爪34的杆部连接于压片33的第一连接位，即第一夹爪34的杆部固接于压片33的后端。气缸32的缸体固定连接于壳体31，气缸32的活塞杆321固定连接于压片33的第二连接位，即活塞杆321固定连接于压片33的前端。压片33的第一连接位和第二连接位之间还设有第三连接位，第三连接位转动连接于壳体31，即压片33的中间部转动连接于壳体31。因此，压片33相当于一个杠杆。

当气缸32工作时，活塞杆321伸出缸体，推动压片33的前端左移，则压片33的后端右移，带动第一夹爪34右移，实现对透镜20的夹持。当气缸32停止工作时，活塞杆321回复至缸体内，拉动压片33的前端右移，则压片33的后端左移，带动第一夹爪34左移，实现对透镜20的释放。

更进一步地，该透镜耦合定位装置还包括控制单元(图中未示出)，控制单元可以设置在集中控制台内，底座调整机构2、夹头调整机构4和视觉图像检测机构均电连接于控制台，控制台采用集中控制模式，将底座1、夹头3、芯片10和透镜20的当前位置信号集中收集，再将实际的位置信号与预设的位置信号进行对比分析，计算得到夹头调整机构4和底座调整机构2的控制参数，并发送给对应的机构，使底座1和夹头3运动至预设的位置。此外，控制单元也可以设置在视觉图像检测机构中，或者夹头调整机构4中。另外，还可以由设置在底座调整机构2、夹头调整机构4和视觉图像检测机构的各子控制单元协同配合，采用分散式控制，共同完成对底座1和夹头3的位置控制调节。

本发明实施例提供的一种利用上述透镜耦合定位装置的透镜耦合定位方法，包括以下步骤：

S1、将多个芯片10放置于底座1上；

S2、利用底座调整机构2将待耦合的芯片10移动至观测区域，利用夹头调整机构4将夹持有透镜20的夹头3移动至观测区域；

S3、利用视觉图像检测机构获取透镜20和待耦合的芯片10的相对位置；

S4、视觉图像检测机构将透镜20和待耦合的芯片10的相对位置信息传递给夹头调整机构4，夹头调整机构4根据相对位置信息计算出耦合位置；

S5、夹头调整机构4调节夹头3的位置至耦合位置；

S6、夹头3释放透镜20，使透镜20与待耦合的芯片10耦合；

S7、判断是否所有芯片10均为耦合状态；

若是，则结束；

若否，则夹头调整机构4驱动夹头3夹持下一个透镜20，跳转执行步骤S2。

更进一步地，在步骤S5之后，步骤S6之前，还包括以下步骤：

S51、利用探针71给芯片10通电，芯片10发出光束；

S52、移动透镜20直至探头72检测到光束形成的光斑；

S53、调整透镜20的位置，以调节光斑的宽度、位置和形状；

S54、判断光斑是否合格；

若合格，则跳转执行步骤S6；

若不合格，则跳转执行步骤S53。

下面通过结合具体的耦合定位过程来进一步的说明。

首先，将多个芯片10安装于底座1上对应的芯片安装位中。底座1的台阶面11的数量和尺寸根据具体的需要来设计。

然后，利用底座调整机构2将待耦合的芯片10移动至X轴视觉图像检测组件5和Z轴视觉图像检测组件6的观测区域，再利用夹头调整机构4将夹持有透镜20的夹头3也移动至相应的观测区域，使透镜20和芯片10能被同时拍摄至一个画面中。其中料盘9中可以放置多个透镜20，每次耦合之前夹头3均移动至料盘9处夹取一个透镜20。

接着，利用X轴视觉图像检测组件5和Z轴视觉图像检测组件6同时获取透镜20和待耦合的芯片10的相对位置，并通过图像处理单元得到透镜20与芯片10之间的距离和角度关系。如图4所示，Z轴视觉图像检测组件6获取到透镜20与芯片10之间的夹角为α，透镜20与芯片10之间的距离为L₁。如图5所示，X轴视觉图像检测组件5获取到透镜20与芯片10之间的夹角为β，透镜20与芯片10之间的距离为L₂。X轴视觉图像检测组件5和Z轴视觉图像检测组件6将上述相对位置信息传递给夹头调整机构4，夹头调整机构4根据相对位置信息(即距离和角度)计算出耦合位置。

接着，利用夹头调整机构4调节夹头3的位置至耦合位置，此时需要调节透镜20与芯片10在Y方向上平行。通过夹头调整机构4调整夹头3的角度，使透镜20从透镜的第一位置20-1变换至透镜的第二位置20-2，同时平移透镜20，使透镜20与芯片10在X轴方向的距离为第一预设距离，此时透镜20处于透镜的第三位置20-3。再通过夹头调整机构4调整夹头3的角度，使透镜20从透镜的第三位置20-3变换至透镜的第四位置20-4，同时平移透镜20，使透镜20与芯片10在Z轴方向的距离为第二预设距离，此时透镜20处于耦合位置。

接着，利用探针71给芯片10通电，芯片10发出光束，移动透镜20直至探头72检测到光束形成的光斑。调整透镜20的位置，以调节光斑的宽度、位置和形状。再判断光斑是否合格，若合格，则进入下一步；若不合格，则跳转再重新调节透镜20的位置。

接着，夹头3释放透镜20，使透镜20与待耦合的芯片10耦合。

再判断是否所有的芯片10均为耦合状态；

若是，则结束全部耦合作业；

若否，则夹头调整机构4驱动夹头3夹持下一个透镜20，再重复执行上述耦合定位作业。

通过以上实施例可以看出，本发明提供的透镜耦合定位装置及其耦合定位方法，通过在底座上放置多个芯片以形成激光器阵列，同时，利用底座调整机构将待耦合的芯片移动至观测区域，利用夹头调整机构将夹持有透镜的夹头也移动至观测区域，再通过视觉图像检测机构对待耦合的芯片和透镜的相对位置做测量和判断，并将该相对位置信息传递给夹头调整机构，夹头调整机构再根据测量所得的相对位置信息来调节夹头的位置，进而调节透镜至待耦合的芯片的耦合区域，然后释放透镜，即完成了透镜与当前的待耦合的芯片之间的耦合。随后利用相同的方式对其他的待耦合的芯片依次进行透镜耦合，直至全部芯片均为耦合状态。该透镜耦合定位装置通过夹头调整机构、底座调整机构和视觉图像检测机构相互配合，完成了对多个芯片依次进行透镜耦合定位的自动化、连续化操作，提高了耦合过程的精度和效率，节省了人力和时间，为高功率半导体激光器的批量生产提供了参考。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种透镜耦合定位装置，其特征在于，包括底座、底座调整机构、夹头、夹头调整机构和视觉图像检测机构；用于放置多个芯片的所述底座安装于所述底座调整机构上，所述底座调整机构用于将待耦合的所述芯片移动至观测区域；

用于夹持透镜的所述夹头连接于所述夹头调整机构的输出端，所述夹头调整机构的输入端电连接于所述视觉图像检测机构，以调节所述透镜的位置；

所述视觉图像检测机构的镜头朝向所述底座，以测量所述透镜和所述待耦合的芯片的相对位置；

所述底座沿所述底座的长度方向设置有与多个所述芯片一一对应的台阶面；

所述底座调整机构包括第一Y轴滑台和第一Z轴滑台，所述第一Y轴滑台的导轨方向平行于所述底座的长度方向，所述第一Y轴滑台的滑块固定连接于所述第一Z轴滑台的导轨，所述第一Z轴滑台的滑块固定连接于所述底座。

2.根据权利要求1所述的透镜耦合定位装置，其特征在于，所述视觉图像检测机构包括X轴视觉图像检测组件、Z轴视觉图像检测组件和图像处理单元，所述X轴视觉图像检测组件包括朝向所述底座的侧面的第一镜头，所述Z轴视觉图像检测组件包括朝向所述底座的顶面的第二镜头，所述图像处理单元根据所述第一镜头和所述第二镜头采集的图像信息获取所述透镜和所述待耦合的芯片的相对位置，所述夹头调整机构根据所述透镜和所述待耦合的芯片的相对位置调整所述夹头的位置。

3.根据权利要求2所述的透镜耦合定位装置，其特征在于，所述X轴视觉图像检测组件还包括与所述第一镜头相对设置的第一光源，所述第一光源和所述第一镜头分别设于所述底座的两侧；所述Z轴视觉图像检测组件还包括与所述第二镜头相邻设置的第二光源。

4.根据权利要求1所述的透镜耦合定位装置，其特征在于，所述夹头调整机构包括X轴滑台、第二Z轴滑台、三维角位移平台；所述第二Z轴滑台的导轨固定连接于所述X轴滑台的滑块，所述第二Z轴滑台的滑块固定连接于所述三维角位移平台的底座，所述三维角位移平台的输出端连接于所述夹头。

5.根据权利要求4所述的透镜耦合定位装置，其特征在于，所述夹头调整机构还包括摆缸，所述摆缸的缸座连接于所述三维角位移平台的输出端，所述摆缸的输出轴连接于所述夹头。

6.根据权利要求1所述的透镜耦合定位装置，其特征在于，还包括光斑检测机构，所述光斑检测机构包括探针和探头，所述探针和所述探头相对设置于所述底座的两侧；所述探针用于接触所述待耦合的芯片，以使所述待耦合的芯片通电发出光束；所述探头用于检测所述光束形成的光斑，所述夹头调整机构电连接于所述探头，以根据所述光斑的状态调节所述透镜的位置。

7.根据权利要求6所述的透镜耦合定位装置，其特征在于，所述光斑检测机构还包括第二Y轴滑台和第三Z轴滑台，所述第三Z轴滑台的导轨固定连接于所述第二Y轴滑台的滑块，所述第三Z轴滑台的滑块固定连接于所述探针。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的透镜耦合定位装置，其特征在于，所述夹头包括壳体、气缸、压片以及错位叠设的第一夹爪和第二夹爪；所述第一夹爪可滑动地设于所述第二夹爪上，所述第一夹爪的杆部连接于所述压片的第一连接位，所述第二夹爪的杆部连接于所述壳体，所述第一夹爪的夹钩位于所述第二夹爪的夹钩的一侧；所述气缸的缸体固定连接于所述壳体，所述气缸的活塞杆连接于所述压片的第二连接位；所述压片的第一连接位和第二连接位之间还设有第三连接位，所述第三连接位转动连接于所述壳体。

9.一种利用如权利要求1至8中任一项所述的透镜耦合定位装置的透镜耦合定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将多个芯片放置于底座上；

S2、利用底座调整机构将待耦合的所述芯片移动至观测区域，利用夹头调整机构将夹持有透镜的夹头移动至所述观测区域；

S3、利用视觉图像检测机构获取所述透镜和所述待耦合的芯片的相对位置；

S4、所述视觉图像检测机构将所述透镜和所述待耦合的芯片的相对位置信息传递给所述夹头调整机构，所述夹头调整机构根据所述相对位置信息计算出耦合位置；

S5、所述夹头调整机构调节所述夹头的位置至所述耦合位置；

S6、所述夹头释放所述透镜，使所述透镜与所述待耦合的芯片耦合；

S7、判断是否所有所述芯片均为耦合状态；

若是，则结束；

若否，则所述夹头调整机构驱动所述夹头夹持下一个透镜，跳转执行步骤S2。

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