[发明专利]基于图像识别与光功率反馈的Y波导芯片直接耦合装置

权利要求书

1.一种基于图像识别与光功率反馈的Y波导芯片自动直接耦合装置，其特征在于，包括光路单元、图像采集单元、运动执行单元和图像处理与控制单元；

所述的光路单元中包括待耦合的Y波导芯片、输入端、前输出端、后输出端和光纤环，并设置光功率计测量输入端返回的光功率大小；

所述的运动执行单元包括：用于固定Y波导芯片的Y波导固定机构，架设左相机的一维电动台，架设右相机的二维电动台，架设后相机的三维电动台，分别控制输入端、前输出端和后输出端姿态的三个六维电动台，以及运动控制器；运动控制器向一维电动台、二维电动台、三维电动台以及三个六维电动台发送姿态控制信号；

所述的图像采集单元包括直角棱镜、三个相机、三个发光二极管LED和网络交换机；三个相机分别位于Y波导芯片的左侧、右侧和后侧，并且均水平放置，分别标记为左相机、右相机和后相机；三个LED分别以与光纤轴线成30度方向角斜照射输入端、前输出端和后输出端；直角棱镜安装于Y波导固定机构的上盖底面；网络交换机用于三个相机与台式计算机之间图像传输；

所述的图像处理与控制单元包括计算机及直接耦合程序；所述的计算机连接三个相机、光功率计和运动控制器；所述的直接耦合程序包括：提取Y波导芯片、输入端、前输出端和后输出端的三维角度和三维位置，将控制三个六维电动台运动的指令输出给运动控制器；在利用相机采集的图像调整输入端、前输出端和后输出端的姿态后，根据光功率计的测量值调节输入端、前输出端和后输出端获取最终的耦合点；

所述的直接耦合程序，利用相机采集的图像调整输入端、前输出端和后输出端的姿态，具体包括：

利用右相机采集的图像识别输入端端面纤芯、偏振轴和Y波导芯片偏振角，控制夹持输入端的六维电动台旋转光纤，减小输入端偏振角和Y波导芯片偏振角的角度差；

利用左相机采集的图像识别前输出端端面纤芯坐标和偏振角，以及后输出端端面纤芯坐标和偏振角，结合右相机识别的Y波导芯片偏振角信息，控制夹持前输出端或后输出端的六维电动台旋转光纤，减小前输出端与Y波导芯片的偏振角的角度差，减小后输出端与Y波导芯片的偏振角的角度差；

利用后相机采集的图像识别输入端上棱角度、Y波导芯片入光点上棱角度、输入端侧棱角度和Y波导芯片入光点侧棱角度，调整输入端的偏摆和俯仰；利用后相机采集的图像识别前输出端上棱角度、Y波导芯片出光点上棱角度、前输出端侧棱角度和Y波导芯片出光点侧棱角度，调整前输出端的偏摆和俯仰；利用后相机采集的图像识别后输出端上棱角度、Y波导芯片出光点上棱角度、后输出端侧棱角度和Y波导芯片出光点侧棱角度，调整后输出端的偏摆和俯仰；

利用后相机采集的图像识别Y波导芯片入光点坐标和Y波导芯片入光点侧棱上顶点坐标，得到Y波导芯片入光点三维坐标，根据输入端上棱、侧棱，解算输入端耦合点，结合右相机采集的输入端纤芯信息，得到输入端耦合点的三维坐标，计算与Y波导芯片入光点位置偏差，以调整输入端三维平移；

输入端调整完成后，打开红光光源，由右相机采集Y波导芯片前出光点和后出光点图像，根据图像确定前出光点和后出光点的上下、前后位置，由后相机采集Y波导芯片出光点上棱，综合得到Y波导芯片前出光点、后出光点的三维坐标；根据前输出端上棱、侧棱，解算前输出端耦合点，并结合左相机采集的前输出端纤芯信息，得到前输出端耦合点的三维坐标，计算与Y波导芯片前出光点三维位置偏差，调整前输出端三维平移；同理，调整后输出端的三维位移。

2.根据权利要求1所述的Y波导芯片自动直接耦合装置，其特征在于，所述的光路单元包括宽谱光源、红光光源、第一环形器、第二环形器、输入端、Y波导芯片、前输出端、后输出端、光纤环和光功率计；宽谱光源与第一环形器的输入端相连，红光光源与第一环形器的返回端相连；第二环形器的输入端连接第一环形器的输出端，输入端连接在第二环形器的输出端；光功率计连接在第二环形器的返回端。

3.根据权利要求1所述的Y波导芯片自动直接耦合装置，其特征在于，所述的运动控制器包括可编程逻辑控制器和步进梯形程序；运动控制器采用分时复用技术，将6个电动台的24轴电机分为四组，每组控制6个维度，利用可编程逻辑控制器的6路脉冲接口控制6个维度；步进梯形程序包括指令的接收、指令的理解、缓冲区状态识别、脉冲输出和脉冲输出状态监控。