大功率LED全自動分揀機的設計1．

引言LED光源由于其節能，長壽命，環保等優點，被看好為21世紀的光源，極有可能替代傳統光源，成為主流照明光源[1]，專家預測LED照明燈將會形成500億美元的巨大產業。大功率LED是LED光源進入照明領域的必由之路，因此大功率LED的市場前景十分廣闊。由于大功率LED在生產過程中存在較大的離散性，而實際應用對大功率LED光電參數的一致性要求很高，因此大功率LED生產線上一般需要配備相應的快速檢測設備和分揀裝置。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相結合的技術實現LED的自動分揀，主要可分為機械系統，控制系統，測試系統和軟件系統四部分，其工作原理如圖1所示；

圖1.大功率LED分揀機原理框圖LED經過排序，定位機構進入分揀機測試工位后，PLC向PC機發送測試請求信號，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光電參數進行測試，圖2所示為分揀機分揀流程圖，圖中反向參數的測量與否可根據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根據得到的分類號控制送料、分類機構動作，將LED送入相應的物料盒，完成LED的分類。

圖2.LED分揀流程圖3．

分揀機的具體實現3．1機械系統為了實現大功率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。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，很難設計通用的機械系統，因此在設計機械系統之前，應先確定系統的分揀對象。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機械系統可由排序上料機構，定位上電機構，送料機構和分類機構四部分組成，其中排序上料機構用于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槽實現；定位上電機構用于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分揀機定位機構及其運動軌跡

圖5.大功率LED上電機構結構示意圖圖4(a)所示定位板在電機的帶動下按圖4(b)所示運動軌跡循環運行，圖中測試工位完成LED光電參數的測試。第一次循環，卡口A將平行引導槽內的一個LED送入測試工位，第二次循環，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。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的不確定度。圖5所示為大功率LED上電機構結構示意圖，圖中1為大功率LED，2為電極片，3為撥桿，4為固定架，5為導軌，6為測試槽，7為彈簧，8為滑塊，9為引出導線，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軌上做水平運動，當滑塊向后運動時，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。系統送料機構用于把LED從定位上電機構傳送到分類機構，主要包括8位分割器與同步帶。當分割器入力軸從0°旋轉到180°時，出力軸停止，當分割器入力軸從180°旋轉到360°時，出力軸旋轉45°，這樣連續旋轉的電機就帶動同步帶反復的進行的“旋轉-停止”動作，利用旋轉對LED進行夾持與定位，利用停止對LED上電并進行參數測量。系統分類機構用于把LED從同步帶傳送到物料盒，本文采用氣動吹氣的方式實現，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LED運行至與其分類號對應的物料盒時，PLC控制相應的電磁閥打開，此時電磁閥出氣端產生一個脈沖氣流將LED吹入物料盒，LED完成分類。3．2控制系統本文所述大功率LED分揀機的控制系統主要由PLC，人機界面與PC機組成，實現對分揀機機械系統、測試儀器的控制和運行狀態的監測。圖6所示為控制系統流程圖。

圖6.控制系統流程圖如圖6所示，分揀機開啟后PLC啟動平行引導槽和振動盤，實現LED單排進料，當系統檢測到有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機發送測試請求信號，PC機完成測試后發送分類號給PLC，PLC將接收到的分類號存入特定的寄存器,后根據主軸的轉動依次轉存到與分揀機64個物料盒相對應的64個寄存器中，當寄存器中的分類號與物料盒號一致時，PLC控制相應的電磁閥打開，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發送測試結束信號Y000~Y077控制電磁閥X002~X007接收分類號Y100發送測試開始信號X010，X011控制上料數量Y101制動X012監測氣管內氣壓Y102控制電機Y103控制振動盤Y104控制平行引導槽3．3測試系統3．3．1光參數測試系統國際照明委員會（CIE）制定的CIE127-2007[2]技術文件引入了LED部分光通量(PLF)的概念：給定立體角W內光通量的總和，立體角W所對應的平面角為θ(0°<θ<180°)。本文結合測試系統的實際情況，采用部分光通量來表征被測LED的光度量，系統光學參數測量原理如圖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。系統采用了大口徑光學系統與微型積分球直接耦合的方式，并將輸入光學系統的光軸與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要求，這樣的大口徑光學系統和微型積分球直接光學耦合，避免了以往積分球設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，系統信噪比大為改善。同時大口徑取樣技術還避免了以往的對準問題，減少了測量誤差。

圖7.光參數測量系統原理圖系統采用了分光法積分法相結合的光度測量技術，使分光技術與積分技術有機結合，并引入精密V(λ)校準技術，使測量具有極好的動態響應，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電參數測試系統測量LED正向電壓，亮度及峰值波長時，需要恒流源驅動，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，測試電路應能夠自動轉換輸出極性[4]，同時由于不同功率LED所需的驅動電流和電壓不一樣，不同客戶測試要求也不一樣，因此LED電參數測試系統應具備多種恒流源和恒壓源，同時應具有快速加載和卸載的平穩能力。本文所述電參數測試系統主要包括供電模塊，恒流恒壓輸出模塊，極性切換模塊，電參數輸入模塊，如圖8所示。

圖8.電參數測試系統結構示意圖系統恒流/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參數調節達到最佳工作狀態以滿足快速脈沖測試的要求。測得電信號經快速取樣電路、采樣保持器和多路選擇開關，由PC機控制一個16位A/D轉換成數字信號后輸出顯示。系統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）．參數設置模塊：完成測試參數與分類參數的設置；3）．測試模塊：完成參數測試與計算；4）．校準模塊：完成暗電流采集，參數的校準與波長定標；5）．輸出模塊：完成LED光電參數與相對光譜功率分布曲線的實時顯示和被測LED所有數據的保存，查詢，打印；6）．統計模塊：完成各等級LED數、不良品率的統計。4．分揀機的技術指標與實測試驗研制的大功率LED分揀機達到了下列技術指標：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；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；測試重復性：±5%；6）．測試速度：>2k/h；氣壓：0.5Mpa；分檔數：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次重復性測試，表2抽取了其中10個LED的數據。由表2可知測試結果滿足測試重復性±5%的技術要求。表2分揀機測試重復性數據列表（q=16°）序號試數LED．序．號PLF(mlm)123456789101439.5646.2839.2423.8466.7488.3647.7517.9484.9727.62446.1661.6846.9419.1476.7491.9651.5526.4488.7706.43444.4654.8842.4422.3476.9493.2642.6522.1486.2722.94450.2665.8832.6420.6474.2496.4649525.8480.2698.25449.3641.9848.4423.2475.9488.5638.5519.6476.5702.36448.4651.9832.1423.6475.5483.4644.3530.7490729.17451.0646.2827.2421.3480503.1641.7516.5475.3704.48442.3643.6836.6417.8476.7494.3644.9531.4483.4722.79448.0648850.1422.5479.9491.7640527.3468.9715.610457647.3844.5426.8475496.4642.3523.247