大功率led全自动分拣机的设计大学毕设论文

大功率LED全自动分拣机的设计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LuxeonEmitter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。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I/O口功能I/O口功能X001发送测试结束信号Y000~Y077控制电磁阀X002~X007接收分类号Y100发送测试开始信号X010，X011控制上料数量Y101制动X012监测气管内气压Y102控制电机Y103控制振动盘Y104控制平行引导槽3．3测试系统3．3．1光参数测试系统国际照明委员会（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°）序号试数LED．序．号PLF(mlm)123456789101439.5646.2839.2423.8466.7488.3647.7517.9484.9727.62446.1661.6846.9419.1476.7491.9651.5526.4488.7706.43444.4654.8842.4422.3476.9493.2642.6522.1486.2722.94450.2665.8832.6420.6474.2496.4649525.8480.2698.25449.3641.9848.4423.2475.9488.5638.5519.6476.5702.36448.4651.9832.1423.6475.5483.4644.3530.7490729.17451.0646.2827.2421.3480503.1641.7516.5475.3704.48442.3643.6836.6417.8476.7494.3644.9531.4483.4722.79448.0648850.1422.5479.9491.7640527.3468.9715.610457647.3844.5426.8475496.4642.3523.247