郁可唯 青衣谣试听:大功率LED全自动分拣机的设计
来源:百度文库 编辑:九乡新闻网 时间:2024/07/13 23:14:29
- 大功率LED全自动分拣机的设计
- 丁鹏飞1潘建根2沈海平3王万良1(1浙江工业大学信息工程学院,杭州 310014)(2杭州远方光电信息有限公司,杭州 310053)(3浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,杭州 310027) 摘要:本文采用PC与PLC相结合的技术实现了大功率LED自动分选,介绍了针对Luxeon Emitter型LED的大功率LED全自动分选机的设计和具体实现,并以1瓦LED为对象进行了实测,结果表明该分拣机工作稳定,分级效果良好。 关键词:大功率LED;在线测试;自动分拣;光电测试; Design of automatic sorting machine of high power LEDDing Pengfei 1,Pan Jiangen2, Shen Haiping3 ,Wang Wanliang1(1College of Information Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014)(2EVERFINE PHOTO-E-INFO CO., LTD., Hangzhou 310053)(3 State Key Lab of Modern Optical Instrumentation, Zhejiang University, Hangzhou 310027) Abstract: The automatic sorting for high-power LEDs is realized by the technology of PC&PLC. The design and detailed realization of the high-power LED automatic sorting machine for Luxeon Emitter LEDs are introduced. The machine is tested using 1 watt LEDs. The test results show that the machine works stably and can sort the LEDs correctly. Key words : high-power LED; online test; automatic sorting; optical and electrical test; 1. 引言 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。
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Luxeon Emitter型大功率LED全自动分拣机。
2. 原理
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;
图1. 大功率LED分拣机原理框图
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。
图2.LED分拣流程图3. 分拣机的具体实现3.1 机械系统
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Luxeon Emitter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。
图3. Emitter型大功率LED
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。
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
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。
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。
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。
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
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。
图6. 控制系统流程图
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。
表1列出了PLC部分I/O口的功能。表1. PLC部分I/O口功能列表
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。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。
图7. 光参数测量系统原理图
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
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。
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。图8. 电参数测试系统结构示意图
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。
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)。
3.4 软件系统
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: 1).通讯模块:完成PC机与PLC,测试仪器,LED校准源的通讯; 2).参数设置模块:完成测试参数与分类参数的设置; 3).测试模块:完成参数测试与计算; 4).校准模块:完成暗电流采集,参数的校准与波长定标; 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; 6).统计模块:完成各等级LED数、不良品率的统计。
4.分拣机的技术指标与实测试验
研制的大功率LED分拣机达到了下列技术指标: 1).恒流输出范围:0.0mA~50.0mA~1000mA,最大允许输出电压10V; 2).恒压源输出范围:0.0V~10.0V,最大允许输出电流100μA; 3).快速脉冲测定:50ms~1000ms可调; 4).波长范围:380nm~780nm; 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%; 6).测试速度:>2k/h;气压:0.5Mpa;分档数:64档;最大可测功率:10w。 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。表2 分拣机测试重复性数据列表(q=16°)
本文所述大功率LED全自动分拣机,将PLC技术,大口径微积分球光学取样技术,分光积分法相结合的光度技术和PC机软件结合在一起,实现了大功率LED的在线测试与自动分类,测试结果复现性高,分类效果良好。
大功率LED照明产业前景越来越明朗,全球和中国的LED照明产业将会有更大发展,大功率LED全自动分拣机已有十分明朗的市场。 参考文献:
[1] 苗红利,王进,王晶等.LED白光照明光源的研制[J].光电子激光,2004,15(6): 657-659.[2] CIE 127-2007. Measurement of LEDs[S]. Vienna: CIE publication, 2007.[3] 潘建根,沈海平,冯华君.光谱校正积分光度法测量蓝光LED光通量[J].半导体学报,2006,27(5): 932-936.[4] 王术军,张保洲. LED在线分拣系统的研制.半导体光电[J], 2004, 25(2):108-111.阅读全文(114) | 回复(1) |反映问题 | 引用通告(0) | 编辑 发布于 2010-6-28 17:41:03 panjiangen
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