一种光纤连接器高精度自动装配设备和方法与流程

1.本发明属于光纤制造技术领域，尤其涉及一种光纤连接器高精度自动装配设备和方法。


背景技术：

2.随着信息产业的高速发展，为了满足日益增长的高速率和数据吞吐量的需求，光通信正在快速发展并取代传统的通信技术。从消费级电子器件到超级计算机以及大型数据中心，光通信在许多场合正在成为通信的首选。而伴随着5g技术的成熟，需要光纤连接器的数量也随之大量增加。
3.而光纤连接器生产中的一道穿纤工序涉及到穿纤、定长、注胶和固化，目前现有技术生产方式是人工将产品固定在工装夹具上面，然后在放大镜视野范围内进行穿纤、定长、注胶以及固化，所以产品的性能参数和尺寸参数只能通过工装夹具的精度以及工人熟练度来得到保证。对于穿纤而言，如果工装夹具精度得不到保证的话，那么产品的尺寸参数也将得不到保证，或者在组装过程中容易出现断纤的现象；对于注胶而言，目前是采用手持式注胶机进行注胶，胶量完全由工人依据熟练度来控制，所以生产出来的产品有些需要二次补胶，或者有些胶量过多需要刮胶。然而在生产过程中工装夹具长期受到磨损，精度难以长期得到保证，如果生产时间越长那么工装夹具就会磨损的越严重，所以长期需要对工装夹具进行维护，费时费力；并且这道工序目前是全部采用人工操作，所以这道工序人为因素影响挺大的，也不能精确的控制尺寸参数；而一般而言光钎连接器对性能参数和尺寸参数要求相对高一些，所以工装夹具的磨损和人为因素的差异导致产品性能变化及波动难以实现产品的一致性。
4.综合上诉，目前光纤连接器生产中的穿纤工序在现有技术存在效率低下，工装夹具维护频繁，人工因素影响大，尺寸参数和性能参数要求不易控制，难以实现产品的一致性，从而影响光纤连接器的寿命以及成功耦合率等问题。因此，现有技术还有待改进与发展。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于至少一定程度上解决现有技术中的不足，提供一种光纤连接器高精度自动装配设备和方法。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种光纤连接器高精度自动装配设备，包括：
7.基座；
8.送料装置，所述送料装置包括固定于所述基座上的第一安装架、设置于所述第一安装架上的第一y轴运动机构、设置于所述第一y轴运动机构上的第一安装板以及设置于所述第一安装板上的上料装置和光纤夹具，所述上料机构和光纤夹具沿y轴方向间隔排列，所述上料机构用于提供光纤连接器的插芯工件，所述光纤夹具用于夹持定位待穿纤的光纤；
9.点胶装置，所述点胶装置包括固定于所述基座上的龙门架、设置于所述龙门架上
的第一x轴运动机构、设置于所述第一x轴运动机构上的第一z轴运动机构以及设置于所述第一z轴运动机构上的点胶机构；
10.视觉定位系统，所述视觉定位系统包括设于所述基座上的第一ccd定位机构以及设于所述龙门架上的第二ccd定位机构，所述第一ccd定位机构用于拍摄所述光纤夹具侧视图像，所述第二ccd定位机构用于拍摄所述光纤夹具的俯视图像；
11.抓取机械手，所述抓取机械手通过运动平台可移动的设置于所述基座上，用于抓取所述上料机构所提供的插芯工件，并根据所拍摄的所述侧视图像将所述插芯工件套设在所述光纤夹具所夹持的光纤上，根据所拍摄的所述俯视图像使所述光纤穿出所述插芯工件预设长度，以使所述点胶机构对完成穿纤动作的所述光纤和插芯工件进行点胶固定。
12.可选地，所述运动平台包括固定于所述基座上的第二x轴运动机构、设置于所述第二x轴运动机构上的第二y轴运动机构以及设置于所述第二y轴运动机构上的第二z轴运动机构，所述抓取机械手设置于所述运动平台上，并朝向所述送料装置。
13.可选地，所述抓取机械手包括安装在所述运动平台上的第二安装板、固定于所述第二安装板上的气动手指、以及分别安装于所述气动手指两个气爪上的两个夹持臂，两个所述夹持臂可在所述气动手指的驱动下相互靠近或远离，用以夹持或松开所述插芯工件。
14.可选地，所述插芯工件的一端开设有过渡孔，另一端设有多个光纤安装孔，所述过渡孔的截面范围大于多个光纤安装孔所在位置的范围；所述插芯工件的相对两侧设有沿其两端延伸的夹持槽，且所述夹持槽的截面由外侧向内以减缩方式延伸，两个所述夹持臂的相对内侧分别形成有与所述夹持槽适配的凸条。
15.可选地，所述上料机构和光纤夹具均为至少两个，两个所述上料机构和两个光纤夹具沿y轴方向依次间隔排列；所述第一安装板还设置有一调节座，所述调节座上设有第三安装板，至少两个所述光纤夹具安装在所述第三安装板上，所述调节座用于调节所述第三安装板在x轴方向和y轴方向上的位置。
16.可选地，所述调节座包括固定在所述第一安装板上的底板、沿y轴方向可滑动设置于所述底板上的y轴调节板以及滑动设置于所述y轴调节板上的x轴调节板，所述第三安装板固定在所述x轴调节板上；所述底板上设有用于调节所述y轴调节板位置的第一调节旋钮以及用于锁紧或松开所述y轴调节板的第一螺栓，所述y轴调节板上设有用于调节所述x轴调节板的第二调节旋钮以及用于锁紧或松开所述x轴调节板的第二螺栓。
17.可选地，所述上料机构包括固定于所述第三安装板上间隔设置的推动气缸和导向座、以及设置于导向座上的物料盒；
18.所述导向座内沿x轴方向贯穿开设有一输出通道，所述导向座邻近所述抓取机械手的一侧设有与所述输出通道相连的支撑臂，所述支撑臂的末端向上凸起形成有止挡部，所述止挡部的顶部设有定位部；
19.所述推动气缸的伸缩杆上安装有一推杆，所述推杆的末端由所述输出通道相对支撑臂的另一端伸入；所述物料盒内沿z轴方向贯穿开设有一储料槽，所述插芯工件沿z轴方形叠设于所述储料槽内，所述出料槽的下端连通于所述输出通道的中部，所述插芯工件可在所述推杆的作用下滑出所述输出通道并由所述止挡部止挡定位。
20.可选地，所述光纤夹具包括底座和转动设置于所述底座上的盖板，所述底座的上表面上开设有用于收容所述光纤的定位槽，所述定位槽沿x轴方向延伸并贯穿邻近所述抓
取机械手的端部；所述盖板可转动至与所述底座的上表面上，并至少盖合所述定位槽的一段区域；且所述底座与所述盖板之间设有磁吸结构。
21.可选地，所述第一安装板上还设有一背光灯，所述背光灯和所述第一ccd定位机构分别位于所述光纤夹具于x轴方向的相对两侧，且所述背光灯的照射方向朝向所述光纤夹具。
22.本发明还提供一种光纤连接器高精度自动装配方法，应用于如上所述的光纤连接器高精度自动装配设备，包括如下步骤：
23.将多个插芯工件装设于上料机构，以及将待穿纤的光纤安装到光纤夹具中；
24.启动运动平台驱动抓取机构从所述上料机构上抓取一个所述插芯工件；
25.启动视觉定位系统，利用第一ccd定位机构拍摄所述光纤夹具的侧视图像以及利用第二ccd定位机构拍摄所述光纤夹具的俯视图像；
26.运动平台根据所拍摄的所述侧视图像以及俯视图像驱动所述抓取机械手，以使所抓取的所述插芯工件套设在所述光纤夹具所夹持的光纤上，并使所述光纤穿出所述插芯工件预设长度，完成穿纤动作；
27.启动点胶装置，点胶机构根据所述俯视图像在第一x轴运动机构以及第一z轴运动机构的作用下对完成穿纤动作的所述光纤和所述插芯工件进行点胶固定。
28.本发明自动装配设备通过抓取机械手、视觉定位系统以及点胶装置的配合来完成光纤连接器的自动组装，消除因工装夹具的磨损和人为因素的差异所带来的各种问题，从而使得产品的性能参数和尺寸参数得到保证，实现产品的一致性。另一方面则是利用视觉定位系统测量原理并且可结合外部控制系统对产品进行测量、自检、收集数据以及上传数据至数据库，从而实现产品的可追溯性。
附图说明
29.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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。
30.图1为本发明光纤连接器高精度自动装配设备实施例的结构示意图；
31.图2为本发明中送料装置的结构示意图；
32.图3为图2中上料机构和光纤夹具的分布示意图；
33.图4为本发明中点胶装置的结构示意图；
34.图5为图4中点胶机构的结构示意图；
35.图6为本发明中运动平台的结构示意图；
36.图7为本发明中抓取机构的结构示意图；
37.图8为本发明穿纤用的插芯工件结构示意图；
38.图9为本发明中调节座的结构示意图；
39.图10为本发明中调节座另一个视角的结构示意图；
40.图11为本发明中上料机构的结构示意图；
41.图12为图11的局部剖视图；
42.图13为本发明中光纤夹具的结构示意图。
具体实施方式
43.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
44.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“周向”、“径向”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。
45.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
46.请参阅图1，本发明实施例提供了一种光纤连接器高精度自动装配设备，包括基座100、送料装置10、点胶装置20、视觉定位系统、运动平台30以及抓取机械手40，送料装置10、点胶装置20、视觉定位系统以及运动平台30均固定安装在基座100上，抓取机械手40安装在运动平台30上，该运动平台30为多轴运动平台，可驱动抓取机械手40在行程范围内的空间中任意移动。
47.结合图2和图3所示，送料装置10包括固定于基座100上的第一安装架11、设置于第一安装架11上的第一y轴运动机构12、设置于第一y轴运动机构12上的第一安装板13以及设置于第一安装板13上的上料机构14和光纤夹具15，上料机构14和光纤夹具15沿y轴方向间隔排列，上料机构14用于提供光纤连接器的插芯工件200，光纤夹具15用于夹持定位待穿纤的光纤300。第一y轴运动机构12采用丝母丝杆配合的直线电机，第一安装板13固定在第一y轴运动机构12的滑块上，并可由第一y轴运动机构12驱动下带动上料机构14和光纤夹具15在y轴方向上来回运动。
48.结合图4所示，点胶装置20包括固定于基座100上的龙门架21、设置于龙门架21上的第一x轴运动机构22、设置于第一x轴运动机构22上的第一z轴运动机构23以及设置于第一z轴运动机构23上的点胶机构24；该龙门架21包围位于送料装置10上方并沿x轴反向延伸的横梁211，第一x轴运动机构22设置在横梁211的前侧，可用于驱动第一z轴运动机构23在x轴反向上来回运动，第一z轴运动机构23可用于驱动点胶机构24在z轴方向上做升降运动，第一x轴运动机构22和第一z轴运动机构23也是采用丝母丝杆配合的直线电机。
49.结合图5所示，点胶机构24包括安装在第一z轴运动机构23上的点胶安装板241、以及固定在点胶安装板241上的固化灯242、点胶阀243和点胶压杆244，且固化灯242、点胶阀243和点胶压杆244沿x轴方向间隔并列设置；需要说明的是，点胶安装板241可以采用分体式结构，即固化灯242、点胶阀243和点胶压杆244分别通过一个点胶安装板241安装在第一z
轴运动机构23上，在其他实施例中，点胶安装板241也可以采用整体式结构，即固化灯242、点胶阀243和点胶压杆244均安装在一个点胶安装板241上。
50.视觉定位系统包括设于基座100上的第一ccd定位机构50以及设于龙门架21上的第二ccd定位机构60，第一ccd定位机构50用于拍摄光纤夹具15侧视图像，第二ccd定位机构60用于拍摄光纤夹具15的俯视图像；较佳地，第二ccd定位机构60位于送料装置10所在y轴直线的上方，且第一ccd定位机构50和第二ccd定位机构60的光轴相交并位于所述光纤夹具15所运动的y轴轨迹上。
51.通过运动平台30驱动抓取机械手40去抓取上料机构14所提供的插芯工件200，并根据所拍摄的测试图像将插芯工件200套设在光纤夹具15所夹持的光纤300上，根据所拍摄的俯视图像使光纤300穿出插芯工件200预设长度，完成穿纤动作，然后利用点胶机构24的点胶阀243来对完成穿纤动作的光纤300和插芯工件200进行点胶，再利用固化灯242来进行固化，实现光纤300和插芯工件200的固定从而组成光纤300连接器。
52.根据本实施例的自动装配设备，通过抓取机械手40、视觉定位系统以及点胶装置20的配合来完成光纤300连接器的自动组装，消除因工装夹具的磨损和人为因素的差异所带来的各种问题，从而使得产品的性能参数和尺寸参数得到保证，实现产品的一致性。另一方面则是利用视觉定位系统测量原理并且可结合外部控制系统对产品进行测量、自检、收集数据以及上传数据至数据库，从而实现产品的可追溯性。
53.在一个实施例中，结合图6所示，运动平台30设置于送料装置10和第一ccd定位机构50之间的位置上，包括固定于基座100上的第二x轴运动机构31、设置于第二x轴运动机构31上的第二y轴运动机构32以及设置于第二y轴运动机构32上的第二z轴运动机构33，抓取机械手40设置于运动平台30上，并朝向送料装置10。其中，第二x轴运动机构31、第二y轴运动机构32以及第二z轴运动机构33均采用丝母丝杆配合的直线电机，第二x轴运动机构31可驱动第二y轴运动机构32在x轴方向上的来回运动，第二y轴运动机构32可驱动第二z轴运动机构33在z轴方向上进行升降运动，通过第二x轴运动机构31、第二y轴运动机构32以及第二z轴运动机构33的配合实现对抓取机械手40在行程范围内的空间任意移动以及定位，配合视觉定位系统从而实现抓取机械手40从上料机构14上抓取插芯工件200并将插芯工件200套设在光纤夹具15的光纤300上完成自动穿纤动作。
54.具体地，结合图7所示，抓取机械手40包括安装在运动平台30上的第二安装板41、固定于第二安装板41上的气动手指42、以及分别安装于气动手指42两个气爪421上的两个夹持臂43，两个夹持臂43可在气动手指42的驱动下相互靠近或远离，用以夹持或松开插芯工件200。第二安装板41与yz平面平行，气动手指42固定在第二安装板41朝向送料装置10的一侧上，第二安装板41的另一侧固定于第二z轴运动机构33上，第二z轴运动机构33可驱动第二安装板41在z轴方向上做升降运动，气动手指42的两个气爪421伸出于第二安装板41的顶端，使第一ccd定位机构50可拍摄两个夹持臂43之间所夹持光纤300工件的侧视图像，以及光纤300和光纤300工件中光纤300孔的对应位置关系，以便于运动平台30根据侧视图像驱动抓取机械手40使插芯工件200做穿纤动作，并且光纤300在穿过插芯工件200后可从两个夹持臂43之间的间隔处穿过。
55.在本实施例中，结合图8所示，插芯工件200的一端开设有过渡孔201，另一端设有多个光纤安装孔202，过渡孔201的截面范围大于多个光纤安装孔202所在位置的范围；插芯
工件200的相对两侧设有沿其两端延伸的夹持槽203，且夹持槽203的截面由外侧向内以减缩方式延伸，两个夹持臂43的相对内侧分别形成有与夹持槽203适配的凸条431。抓取机械手40通过气动手指42驱动两个夹持臂43的开合动作，利用两个相对凸条431配合插芯工件200的两个夹持槽203，可实现对插芯工件200的松开或夹持固定。
56.在一个实施例中，为了提高自动装配设备的工作效率，上料机构14和光纤夹具15均为至少两个，两个上料机构14和两个光纤夹具15沿y轴方向依次间隔排列；第一安装板13还设置有一调节座16，调节座16上设有第三安装板17，至少两个光纤夹具15安装在第三安装板17上，调节座16用于调节第三安装板17在x轴方向和y轴方向上的位置。也就是说，通过调节座16可对第三安装板17上的光纤夹具15位置进行调节，以使光纤夹具15上所伸出的光纤300端部在y轴方向运动路径大致经过第一ccd定位机构50和第二ccd定位机构60的光轴相交位置，以提高第一ccd定位机构50和第二ccd定位机构60所拍摄光纤300的清晰度。
57.具体地，结合图9和图10所示，调节座16包括固定在第一安装板13上的底板161、沿y轴方向可滑动设置于底板161上的y轴调节板162以及滑动设置于y轴调节板162上的x轴调节板163，第三安装板17固定在x轴调节板163上；底板161上设有用于调节y轴调节板162位置的第一调节旋钮164以及用于锁紧或松开y轴调节板162的第一螺栓165，y轴调节板162上设有用于调节x轴调节板163的第二调节旋钮166以及用于锁紧或松开x轴调节板163的第二螺栓167。
58.当需要调节光纤夹具15在y轴方向的位置时，旋松第一螺栓165，使y轴调节板162可相对底板161在y轴方向上滑动，通过第一调节旋钮164来驱动y轴调节板162沿y轴方向在底板161上移动至所需位置，然后旋紧第一螺栓165使y轴调节板162和底板161相对固定；当需要调剂光纤夹具15在x轴方向的位置时，旋松第二螺旋，使x轴调节板163可相对y轴调节板162在x轴方向上滑动，通过第二调节旋钮166来驱动x轴调节板163沿x轴方向在y轴调节板162上移动至所需位置，然后旋紧第二螺栓167使x轴调节板163和y轴调节板162相对固定。
59.在一个实施例中，结合图11和图12所示，上料机构14包括固定于第三安装板17上间隔设置的推动气缸141和导向座142、以及设置于导向座142上的物料盒143；导向座142内沿x轴方向贯穿开设有一输出通道1421，导向座142邻近抓取机械手40的一侧设有与输出通道1421相连的支撑臂145，支撑臂145的末端向上凸起形成有止挡部146，止挡部146的顶部设有定位部147；推动气缸141的伸缩杆上安装有一推杆144，推杆144的末端由输出通道1421相对支撑臂145的另一端伸入；物料盒143内沿z轴方向贯穿开设有一储料槽1431，插芯工件200沿z轴方形叠设于储料槽1431内，储料槽1431的下端连通于输出通道1421的中部，插芯工件200可在推杆144的作用下滑出输出通道1421并由止挡部146止挡定位。
60.推动气缸141的伸缩杆缩回时，推杆144的末端退回以使储料槽1431下端与输出通道1421连通，此时储料槽1431中最下方的一个插芯工件200可掉落至输出通道1421中，然后推杆144在推动气缸141的作用下降该插芯工件200从输出通道1421中推出，以使插芯工件200移动至与止挡部146抵接的位置，并利用上方的定位部147进行定位，避免插芯工件200掉落；抓取机械手40在运动平台30的作用下可夹持插芯工件200的相对两侧，然后带动插芯工件200向导向座142方向移动一段距离以脱离定位部147的限制后，即可从上方移出上料机构14，完成抓取机械手40的工件夹取动作。
61.在一个实施例中，结合图13所示，光纤夹具15包括底座和转动设置于底座151上的盖板152，底座151的上表面上开设有用于收容光纤300的定位槽1511，定位槽1511沿x轴方向延伸并贯穿邻近抓取机械手40的端部；盖板152可转动至与底座151的上表面上，并至少盖合定位槽1511的一段区域；且底座151与盖板152之间设有磁吸结构。
62.在实际应用中，转动盖板152以使底座151上的定位槽1511完全暴露，然后即可将半成品光纤300连接器的光纤300安装在定位槽1511中，并使所安装的光纤300末端伸出于定位槽1511之外，然后再转动盖板152以盖合定位槽1511，从而将光纤300固定在底座151上。
63.在一个实施例中，第一安装板13上还设有一背光灯18，背光灯18和第一ccd定位机构50分别位于光纤夹具15于x轴方向的相对两侧，且背光灯18的照射方向朝向光纤夹具15，利用背光灯18来为光纤夹具15的位置提供充足光源以及特殊的颜色光照，以提高视觉定位系统的所拍摄图像信息的清晰度和对比度，提高定位准确度。
64.本发明还提供一种光纤连接器高精度自动装配方法，应用于如上所述的光纤连接器高精度自动装配设备，包括如下步骤：
65.将多个插芯工件200装设于上料机构14，以及将待穿纤的光纤300安装到光纤夹具15中；
66.启动运动平台30驱动抓取机构从上料机构14上抓取一个插芯工件200；
67.启动视觉定位系统，利用第一ccd定位机构50拍摄光纤夹具15的侧视图像以及利用第二ccd定位机构60拍摄光纤夹具15的俯视图像；
68.运动平台30根据所拍摄的侧视图像以及俯视图像驱动抓取机械手40，以使所抓取的插芯工件200套设在光纤夹具15所夹持的光纤300上，并使光纤300穿出插芯工件200预设长度，完成穿纤动作；
69.启动点胶装置20，点胶机构24根据俯视图像在第一x轴运动机构22以及第一z轴运动机构23的作用下对完成穿纤动作的光纤300和插芯工件200进行点胶固定。
70.根据本实施例的光纤连接器高精度自动装配方法，可利用在自动装配设备上设置各种定位传感控制各运动机构的启停位置，以提高自动穿纤的效率；通过抓取机械手40、视觉定位系统以及点胶装置20的配合来完成光纤300连接器的自动组装，消除因工装夹具的磨损和人为因素的差异所带来的各种问题，从而使得产品的性能参数和尺寸参数得到保证，实现产品的一致性。另一方面则是利用视觉定位系统测量原理并且结合外部控制系统对产品进行测量、自检、收集数据以及上传数据至数据库，从而实现产品的可追溯性。
71.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
72.以上为对本发明所提供的技术方案的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。