大功率LED全自動分揀機的設(shè)計

大功率LED全自動分揀機的設(shè)計1．

引言LED光源由于其節(jié)能，長壽命，環(huán)保等優(yōu)點，被看好為21世紀的光源，極有可能替代傳統(tǒng)光源，成為主流照明光源[1]，專家預(yù)測LED照明燈將會形成500億美元的巨大產(chǎn)業(yè)。大功率LED是LED光源進入照明領(lǐng)域的必由之路，因此大功率LED的市場前景十分廣闊。由于大功率LED在生產(chǎn)過程中存在較大的離散性，而實際應(yīng)用對大功率LED光電參數(shù)的一致性要求很高，因此大功率LED生產(chǎn)線上一般需要配備相應(yīng)的快速檢測設(shè)備和分揀裝置。本文介紹了大功率LED全自動分揀機的原理，設(shè)計并研制了LuxeonEmitter型大功率LED全自動分揀機。2．

原理本文所述大功率LED全自動分揀機采用PC機與PLC相結(jié)合的技術(shù)實現(xiàn)LED的自動分揀，主要可分為機械系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，測試系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)四部分，其工作原理如圖1所示；

圖1.大功率LED分揀機原理框圖LED經(jīng)過排序，定位機構(gòu)進入分揀機測試工位后，PLC向PC機發(fā)送測試請求信號，PC機得到測試請求信號后，PC機軟件立即控制恒流/恒壓源以及極性切換單元，完成LED自動判向和上電，同時控制LED測試儀器對LED光電參數(shù)進行測試，圖2所示為分揀機分揀流程圖，圖中反向參數(shù)的測量與否可根據(jù)用戶的實際需求進行選擇，PC機計算得到LED分類號后將其傳送給PLC，PLC根據(jù)得到的分類號控制送料、分類機構(gòu)動作，將LED送入相應(yīng)的物料盒，完成LED的分類。

圖2.LED分揀流程圖3．

分揀機的具體實現(xiàn)3．1機械系統(tǒng)為了實現(xiàn)大功率LED的自動分揀必須要有能夠快速，可靠的對LED進行定位和分揀的機械系統(tǒng)。由于大功率LED的封裝形式多種多樣，各種不同封裝之間的差異較大，很難設(shè)計通用的機械系統(tǒng)，因此在設(shè)計機械系統(tǒng)之前，應(yīng)先確定系統(tǒng)的分揀對象。本文所述大功率LED全自動分揀機選擇LuxeonEmitter型大功率LED，如圖3所示，作為分選對象，這是目前市場上最常見的大功率LED封裝形式。圖3.Emitter型大功率LED機械系統(tǒng)可由排序上料機構(gòu)，定位上電機構(gòu)，送料機構(gòu)和分類機構(gòu)四部分組成，其中排序上料機構(gòu)用于LED的自動排序與單排進料，本文采用適合Emitter型大功率LED封裝特性的振動盤與平行引導(dǎo)槽實現(xiàn)；定位上電機構(gòu)用于LED的定位與上電，主要包括帶有特定間距卡口的定位板和電極片，如圖4、圖5所示。圖4.大功率LED分揀機定位機構(gòu)及其運動軌跡

圖5.大功率LED上電機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖圖4(a)所示定位板在電機的帶動下按圖4(b)所示運動軌跡循環(huán)運行，圖中測試工位完成LED光電參數(shù)的測試。第一次循環(huán)，卡口A將平行引導(dǎo)槽內(nèi)的一個LED送入測試工位，第二次循環(huán)，卡口B將測試工位的LED送入同步帶同時卡口A將下一個LED送入測試工位，如此往復(fù)。由于定位板卡口之間的位置固定，所以LED每次的運動距離也是固定的，這就保證了LED上電的成功率，同時也減少了測試參數(shù)的不確定度。圖5所示為大功率LED上電機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1為大功率LED，2為電極片，3為撥桿，4為固定架，5為導(dǎo)軌，6為測試槽，7為彈簧，8為滑塊，9為引出導(dǎo)線，10為電極孔，11為電極支撐架，12為固定孔。電機帶動固定架與滑塊在導(dǎo)軌上做水平運動，當(dāng)滑塊向后運動時，撥桿撥動電極片繞固定孔做順時針運動，電極片與LED脫離，LED失電，當(dāng)滑塊向前運動時，撥桿與電極片脫離，電極片在彈簧做用下作逆時針運動，LED上電。系統(tǒng)送料機構(gòu)用于把LED從定位上電機構(gòu)傳送到分類機構(gòu)，主要包括8位分割器與同步帶。當(dāng)分割器入力軸從0°旋轉(zhuǎn)到180°時，出力軸停止，當(dāng)分割器入力軸從180°旋轉(zhuǎn)到360°時，出力軸旋轉(zhuǎn)45°，這樣連續(xù)旋轉(zhuǎn)的電機就帶動同步帶反復(fù)的進行的“旋轉(zhuǎn)-停止”動作，利用旋轉(zhuǎn)對LED進行夾持與定位，利用停止對LED上電并進行參數(shù)測量。系統(tǒng)分類機構(gòu)用于把LED從同步帶傳送到物料盒，本文采用氣動吹氣的方式實現(xiàn)，其主要包括電磁閥，PLC和物料盒。完成測試的LED在同步帶的帶動下在各物料盒之間運動，當(dāng)LED運行至與其分類號對應(yīng)的物料盒時，PLC控制相應(yīng)的電磁閥打開，此時電磁閥出氣端產(chǎn)生一個脈沖氣流將LED吹入物料盒，LED完成分類。3．2控制系統(tǒng)本文所述大功率LED分揀機的控制系統(tǒng)主要由PLC，人機界面與PC機組成，實現(xiàn)對分揀機機械系統(tǒng)、測試儀器的控制和運行狀態(tài)的監(jiān)測。圖6所示為控制系統(tǒng)流程圖。

圖6.控制系統(tǒng)流程圖如圖6所示，分揀機開啟后PLC啟動平行引導(dǎo)槽和振動盤，實現(xiàn)LED單排進料，當(dāng)系統(tǒng)檢測到有LED進入測試裝置時，PLC啟動電機，電機帶動定位板和電極片完成LED的定位與上電同時向PC機發(fā)送測試請求信號，PC機完成測試后發(fā)送分類號給PLC，PLC將接收到的分類號存入特定的寄存器,后根據(jù)主軸的轉(zhuǎn)動依次轉(zhuǎn)存到與分揀機64個物料盒相對應(yīng)的64個寄存器中，當(dāng)寄存器中的分類號與物料盒號一致時，PLC控制相應(yīng)的電磁閥打開，將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I/O口功能I/O口功能X001發(fā)送測試結(jié)束信號Y000~Y077控制電磁閥X002~X007接收分類號Y100發(fā)送測試開始信號X010，X011控制上料數(shù)量Y101制動X012監(jiān)測氣管內(nèi)氣壓Y102控制電機Y103控制振動盤Y104控制平行引導(dǎo)槽3．3測試系統(tǒng)3．3．1光參數(shù)測試系統(tǒng)國際照明委員會（CIE）制定的CIE127-2007[2]技術(shù)文件引入了LED部分光通量(PLF)的概念：給定立體角W內(nèi)光通量的總和，立體角W所對應(yīng)的平面角為θ(0°<θ<180°)。本文結(jié)合測試系統(tǒng)的實際情況，采用部分光通量來表征被測LED的光度量，系統(tǒng)光學(xué)參數(shù)測量原理如圖7所示。圖中，LED校準源用于快速光譜儀和光度探頭的校準，本文采用遠方公司的LED101標準校準源。系統(tǒng)采用了大口徑光學(xué)系統(tǒng)與微型積分球直接耦合的方式，并將輸入光學(xué)系統(tǒng)的光軸與LED校準源、V（λ）光度探頭和快速光譜儀安排在相互垂直的平面上，這樣避免了一次入射光直接照射到接收器上，滿足烏布里希積分球的技術(shù)要求，這樣的大口徑光學(xué)系統(tǒng)和微型積分球直接光學(xué)耦合，避免了以往積分球設(shè)計不可避免的擋光板的問題，在原理上克服了積分球測量誤差問題，此外，這樣的耦合效果極好，系統(tǒng)信噪比大為改善。同時大口徑取樣技術(shù)還避免了以往的對準問題，減少了測量誤差。

圖7.光參數(shù)測量系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)采用了分光法積分法相結(jié)合的光度測量技術(shù)，使分光技術(shù)與積分技術(shù)有機結(jié)合，并引入精密V(λ)校準技術(shù)，使測量具有極好的動態(tài)響應(yīng)，并消除了由于V(λ)匹配所造成的測量誤差，具體原理可參考文獻[3]。3．3．2電參數(shù)測試系統(tǒng)測量LED正向電壓，亮度及峰值波長時，需要恒流源驅(qū)動，測量漏電流時需要反向電壓，而如果處于測試工位的LED是反向放置的，測試電路應(yīng)能夠自動轉(zhuǎn)換輸出極性[4]，同時由于不同功率LED所需的驅(qū)動電流和電壓不一樣，不同客戶測試要求也不一樣，因此LED電參數(shù)測試系統(tǒng)應(yīng)具備多種恒流源和恒壓源，同時應(yīng)具有快速加載和卸載的平穩(wěn)能力。本文所述電參數(shù)測試系統(tǒng)主要包括供電模塊，恒流恒壓輸出模塊，極性切換模塊，電參數(shù)輸入模塊，如圖8所示。

圖8.電參數(shù)測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖系統(tǒng)恒流/恒壓電源分別由12位D/A通過PC機軟件控制，電源輸出電路通過極性切換與PID參數(shù)調(diào)節(jié)達到最佳工作狀態(tài)以滿足快速脈沖測試的要求。測得電信號經(jīng)快速取樣電路、采樣保持器和多路選擇開關(guān)，由PC機控制一個16位A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸出顯示。系統(tǒng)極性切換模塊完成電路的極性切換和取樣電阻的選擇（為了使測試信號便于轉(zhuǎn)換處理，正向測試時使用小電阻，反向測試時使用大電阻）。3．4軟件系統(tǒng)本文所述大功率LED分揀機的測試軟件用VC編寫，主要包括以下功能模塊：1）．通訊模塊：完成PC機與PLC，測試儀器，LED校準源的通訊；2）．參數(shù)設(shè)置模塊：完成測試參數(shù)與分類參數(shù)的設(shè)置；3）．測試模塊：完成參數(shù)測試與計算；4）．校準模塊：完成暗電流采集，參數(shù)的校準與波長定標；5）．輸出模塊：完成LED光電參數(shù)與相對光譜功率分布曲線的實時顯示和被測LED所有數(shù)據(jù)的保存，查詢，打??；6）．統(tǒng)計模塊：完成各等級LED數(shù)、不良品率的統(tǒng)計。4．分揀機的技術(shù)指標與實測試驗研制的大功率LED分揀機達到了下列技術(shù)指標：1）．恒流輸出范圍：0.0mA～50.0mA～1000mA，最大允許輸出電壓10V；2）．恒壓源輸出范圍：0.0V～10.0V，最大允許輸出電流100μA；3）．快速脈沖測定：50ms～1000ms可調(diào)；4）．波長范圍：380nm～780nm；5）．波長準確度：±1nm；電壓測量準確度：±1%；電流測量準確度：±1%；色品坐標測量準確度：±0.01；測試重復(fù)性：±5%；6）．測試速度：>2k/h；氣壓：0.5Mpa；分檔數(shù)：64檔；最大可測功率：10w。樣機研制成功后，在遠方公司進行了實測，對100個1w白光LED的部分光通量進行了10次重復(fù)性測試，表2抽取了其中10個LED的數(shù)據(jù)。由表2可知測試結(jié)果滿足測試重復(fù)性±5%的技術(shù)要求。表2分揀機測試重復(fù)性數(shù)據(jù)列表（q=16°）序號試數(shù)LED．序．號PLF(mlm)123456789101439.5646.2839.2423.8466.7488.3647.7517.9484.9727.62446.1661.6846.9419.1476.7491.9651.5526.4488.7706.43444.4654.8842.4422.3476.9493.2642.6522.1486.2722.94450.2665.8832.6420.6474.2496.4649525.8480.2698.25449.3641.9848.4423.2475.9488.5638.5519.6476.5702.36448.4651.9832.1423.6475.5483.4644.3530.7490729.17451.0646.2827.2421.3480503.1641.7516.5475.3704.48442.3643.6836.6417.8476.7494.3644.9531.4483.4722.79448.0648850.1422.5479.9491.7640527.3468.9715.610457647.3844.5426.8475496.4642.3523.2473.2720.3|測試重復(fù)性|1.6%2.3%1.5%1.1%1.9%2.1%1.1%1.4%2.5%2.3%5．結(jié)束語本文所述大功率LED全自動分揀機，將PLC技術(shù)，大口徑微積分球光學(xué)取樣技術(shù)，分光積分法相結(jié)合的光度技術(shù)和PC機軟件結(jié)合在一起,實現(xiàn)了大功率LED的在線測試與自動分類，測試結(jié)果復(fù)現(xiàn)性高，分類效果良好。大功率LED照明產(chǎn)業(yè)前景越來越明朗，全球和中國的LED照明產(chǎn)業(yè)將會有更大發(fā)展，大功率LED全自動分揀機已有十分明朗的市場?；贑8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機的疊圖機研究與教學(xué)方法實踐基于單片機嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實驗中的應(yīng)用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)單片機嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)單片機監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機上的應(yīng)用MSP430單片機在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用基于單片機的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)與應(yīng)用單片機在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用基于ATmega16單片機的流量控制器的開發(fā)基于MSP430單片機的遠程抄表系統(tǒng)及智能網(wǎng)絡(luò)水表的設(shè)計基于MSP430單片機具有數(shù)據(jù)存儲與回放功能的嵌入式電子血壓計的設(shè)計基于單片機的氨分解率檢測系統(tǒng)的研究與開發(fā)鍋爐的單片機控制系統(tǒng)基于單片機控制的電磁振動式播種控制系統(tǒng)的設(shè)計HYPERLINK"/detail.htm?3863