LED全自动分拣机.docx
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LED全自动分拣机
大功率LED全自动分拣机的设计
1. 引言
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LED光源由于其节能,长寿命,环保等优点,被看好为21世纪的光源,极有可能替代传统光源,成为主流照明光源[1],专家预测LED照明灯将会形成500亿美元的巨大产业。
大功率LED是LED光源进入照明领域的必由之路,因此大功率LED的市场前景十分广阔。
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由于大功率LED在生产过程中存在较大的离散性,而实际应用对大功率LED光电参数的一致性要求很高,因此大功率LED生产线上一般需要配备相应的快速检测设备和分拣装置。
本文介绍了大功率LED全自动分拣机的原理,设计并研制了LuxeonEmitter型大功率LED全自动分拣机。
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2. 原理
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本文所述大功率LED全自动分拣机采用PC机与PLC相结合的技术实现LED的自动分拣,主要可分为机械系统,控制系统,测试系统和软件系统四部分,其工作原理如图1所示;
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图1.大功率LED分拣机原理框图
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LED经过排序,定位机构进入分拣机测试工位后,PLC向PC机发送测试请求信号,PC机得到测试请求信号后,PC机软件立即控制恒流/恒压源以及极性切换单元,完成LED自动判向和上电,同时控制LED测试仪器对LED光电参数进行测试,图2所示为分拣机分拣流程图,图中反向参数的测量与否可根据用户的实际需求进行选择,PC机计算得到LED分类号后将其传送给PLC,PLC根据得到的分类号控制送料、分类机构动作,将LED送入相应的物料盒,完成LED的分类。
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图2.LED分拣流程图
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3. 分拣机的具体实现
3.1机械系统
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为了实现大功率LED的自动分拣必须要有能够快速,可靠的对LED进行定位和分拣的机械系统。
由于大功率LED的封装形式多种多样,各种不同封装之间的差异较大,很难设计通用的机械系统,因此在设计机械系统之前,应先确定系统的分拣对象。
本文所述大功率LED全自动分拣机选择LuxeonEmitter型大功率LED,如图3所示,作为分选对象,这是目前市场上最常见的大功率LED封装形式。
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图3.Emitter型大功率LED
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机械系统可由排序上料机构,定位上电机构,送料机构和分类机构四部分组成,其中排序上料机构用于LED的自动排序与单排进料,本文采用适合Emitter型大功率LED封装特性的振动盘与平行引导槽实现;定位上电机构用于LED的定位与上电,主要包括带有特定间距卡口的定位板和电极片,如图4、图5所示。
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图4.大功率LED分拣机定位机构及其运动轨迹
图5.大功率LED上电机构结构示意图
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图4(a)所示定位板在电机的带动下按图4(b)所示运动轨迹循环运行,图中测试工位完成LED光电参数的测试。
第一次循环,卡口A将平行引导槽内的一个LED送入测试工位,第二次循环,卡口B将测试工位的LED送入同步带同时卡口A将下一个LED送入测试工位,如此往复。
由于定位板卡口之间的位置固定,所以LED每次的运动距离也是固定的,这就保证了LED上电的成功率,同时也减少了测试参数的不确定度。
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图5所示为大功率LED上电机构结构示意图,图中1为大功率LED,2为电极片,3为拨杆,4为固定架,5为导轨,6为测试槽,7为弹簧,8为滑块,9为引出导线,10为电极孔,11为电极支撑架,12为固定孔。
电机带动固定架与滑块在导轨上做水平运动,当滑块向后运动时,拨杆拨动电极片绕固定孔做顺时针运动,电极片与LED脱离,LED失电,当滑块向前运动时,拨杆与电极片脱离,电极片在弹簧做用下作逆时针运动,LED上电。
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系统送料机构用于把LED从定位上电机构传送到分类机构,主要包括8位分割器与同步带。
当分割器入力轴从0°旋转到180°时,出力轴停止,当分割器入力轴从180°旋转到360°时,出力轴旋转45°,这样连续旋转的电机就带动同步带反复的进行的“旋转-停止”动作,利用旋转对LED进行夹持与定位,利用停止对LED上电并进行参数测量。
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系统分类机构用于把LED从同步带传送到物料盒,本文采用气动吹气的方式实现,其主要包括电磁阀,PLC和物料盒。
完成测试的LED在同步带的带动下在各物料盒之间运动,当LED运行至与其分类号对应的物料盒时,PLC控制相应的电磁阀打开,此时电磁阀出气端产生一个脉冲气流将LED吹入物料盒,LED完成分类。
3.2控制系统
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本文所述大功率LED分拣机的控制系统主要由PLC,人机界面与PC机组成,实现对分拣机机械系统、测试仪器的控制和运行状态的监测。
图6所示为控制系统流程图。
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图6.控制系统流程图
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如图6所示,分拣机开启后PLC启动平行引导槽和振动盘,实现LED单排进料,当系统检测到有LED进入测试装置时,PLC启动电机,电机带动定位板和电极片完成LED的定位与上电同时向PC机发送测试请求信号,PC机完成测试后发送分类号给PLC,PLC将接收到的分类号存入特定的寄存器,后根据主轴的转动依次转存到与分拣机64个物料盒相对应的64个寄存器中,当寄存器中的分类号与物料盒号一致时,PLC控制相应的电磁阀打开,将LED送入物料盒。
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表1列出了PLC部分I/O口的功能。
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表1.PLC部分I/O口功能列表
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I/O口中国照明网技术论文·LED照明
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功能中国照明网技术论文·LED照明
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I/O口中国照明网技术论文·LED照明
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功能中国照明网技术论文·LED照明
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X001中国照明网技术论文·LED照明
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发送测试结束信号中国照明网技术论文·LED照明
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Y000~Y077中国照明网技术论文·LED照明
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控制电磁阀中国照明网技术论文·LED照明
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X002~X007中国照明网技术论文·LED照明
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接收分类号中国照明网技术论文·LED照明
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Y100中国照明网技术论文·LED照明
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发送测试开始信号中国照明网技术论文·LED照明
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X010,X011中国照明网技术论文·LED照明
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控制上料数量中国照明网技术论文·LED照明
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Y101中国照明网技术论文·LED照明
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制动中国照明网技术论文·LED照明
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X012中国照明网技术论文·LED照明
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监测气管内气压中国照明网技术论文·LED照明
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Y102中国照明网技术论文·LED照明
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控制电机中国照明网技术论文·LED照明
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Y103中国照明网技术论文·LED照明
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控制振动盘中国照明网技术论文·LED照明
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Y104中国照明网技术论文·LED照明
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控制平行引导槽
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3.3测试系统
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3.3.1光参数测试系统
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国际照明委员会(CIE)制定的CIE127-2007[2]技术文件引入了LED部分光通量(PLF)的概念:
给定立体角W内光通量的总和,立体角W所对应的平面角为θ(0°<θ<180°)。
本文结合测试系统的实际情况,采用部分光通量来表征被测LED的光度量,系统光学参数测量原理如图7所示。
图中,LED校准源用于快速光谱仪和光度探头的校准,本文采用远方公司的LED101标准校准源。
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系统采用了大口径光学系统与微型积分球直接耦合的方式,并将输入光学系统的光轴与LED校准源、V(λ)光度探头和快速光谱仪安排在相互垂直的平面上,这样避免了一次入射光直接照射到接收器上,满足乌布里希积分球的技术要求,这样的大口径光学系统和微型积分球直接光学耦合,避免了以往积分球设计不可避免的挡光板的问题,在原理上克服了积分球测量误差问题,此外,这样的耦合效果极好,系统信噪比大为改善。
同时大口径取样技术还避免了以往的对准问题,减少了测量误差。
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图7.光参数测量系统原理图
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系统采用了分光法积分法相结合的光度测量技术,使分光技术与积分技术有机结合,并引入精密V(λ)校准技术,使测量具有极好的动态响应,并消除了由于V(λ)匹配所造成的测量误差,具体原理可参考文献[3]。
3.3.2电参数测试系统
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测量LED正向电压,亮度及峰值波长时,需要恒流源驱动,测量漏电流时需要反向电压,而如果处于测试工位的LED是反向放置的,测试电路应能够自动转换输出极性[4],同时由于不同功率LED所需的驱动电流和电压不一样,不同客户测试要求也不一样,因此LED电参数测试系统应具备多种恒流源和恒压源,同时应具有快速加载和卸载的平稳能力。
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本文所述电参数测试系统主要包括供电模块,恒流恒压输出模块,极性切换模块,电参数输入模块,如图8所示。
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图8.电参数测试系统结构示意图
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系统恒流/恒压电源分别由12位D/A通过PC机软件控制,电源输出电路通过极性切换与PID参数调节达到最佳工作状态以满足快速脉冲测试的要求。
测得电信号经快速取样电路、采样保持器和多路选择开关,由PC机控制一个16位A/D转换成数字信号后输出显示。
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系统极性切换模块完成电路的极性切换和取样电阻的选择(为了使测试信号便于转换处理,正向测试时使用小电阻,反向测试时使用大电阻)。
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3.4软件系统
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本文所述大功率LED分拣机的测试软件用VC编写,主要包括以下功能模块:
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1).通讯模块:
完成PC机与PLC,测试仪器,LED校准源的通讯;
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2).参数设置模块:
完成测试参数与分类参数的设置;
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3).测试模块:
完成参数测试与计算;
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4).校准模块:
完成暗电流采集,参数的校准与波长定标;
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5).输出模块:
完成LED光电参数与相对光谱功率分布曲线的实时显示和被测LED所有数据的保存,查询,打印;
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6).统计模块:
完成各等级LED数、不良品率的统计。
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4.分拣机的技术指标与实测试验
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研制的大功率LED分拣机达到了下列技术指标:
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1).恒流输出范围:
0.0mA~50.0mA~1000mA,最大允许输出电压10V;
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2).恒压源输出范围:
0.0V~10.0V,最大允许输出电流100μA;
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3).快速脉冲测定:
50ms~1000ms可调;
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4).波长范围:
380nm~780nm;
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5).波长准确度:
±1nm;电压测量准确度:
±1%;电流测量准确度:
±1%;色品坐标测量准确度:
±0.01;测试重复性:
±5%;
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6).测试速度:
>2k/h;气压:
0.5Mpa;分档数:
64档;最大可测功率:
10w。
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样机研制成功后,在远方公司进行了实测,对100个1w白光LED的部分光通量进行了10次重复性测试,表2抽取了其中10个LED的数据。
由表2可知测试结果满足测试重复性±5%的技术要求。
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表2分拣机测试重复性数据列表(q=16°)
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