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挑戰：運用LabVIEW+Vision+Motion的結合，迅速開(kāi)發(fā)一套面向商用的全自動(dòng)點(diǎn)膠機。 應用方案：應用NI的運動(dòng)控制卡和視覺(jué)開(kāi)發(fā)模塊，快速開(kāi)發(fā)出一套全自動(dòng)點(diǎn)膠機系統。 使用的產(chǎn)品：NI-7344，NI-6601，LabVIEW 8.6.1，Vision Module 介紹 首先通過(guò)1394相機拍照獲得二極管杯子圖像信息，再通過(guò)NI Vision Module中自帶的一些視覺(jué)判斷模塊，快速找到被點(diǎn)膠二極管杯子X(jué)Y像素坐標，經(jīng)過(guò)換算得到XY實(shí)際運動(dòng)坐標，通過(guò)運動(dòng)控制卡NI-7344和NI- 6601脈沖卡，控制點(diǎn)膠閥運動(dòng)和點(diǎn)膠。運動(dòng)執行系統采用了松下伺服系統，保證運動(dòng)的準確。通過(guò)NI-6601脈沖卡控制點(diǎn)膠速度，保證了點(diǎn)膠一致性。由于采用了NI的運動(dòng)控制和相關(guān)產(chǎn)品，使得開(kāi)發(fā)時(shí)間大大縮短。給客戶(hù)將產(chǎn)品投入市場(chǎng)節省了大量時(shí)間成本。 1. 系統背景 LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個(gè)半導體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“P-N結”。當電流通過(guò)導線(xiàn)作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì )被推向P區，在P區里電子跟空穴復合，然后就會(huì )以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長(cháng)也就是光的顏色，是由形成P-N結的材料決定的。 在LED生產(chǎn)工藝流程及封裝技術(shù)生產(chǎn)步驟多大20幾項，其中較為重要的一項極為L(cháng)ED點(diǎn)膠。在LED支架的相應位置點(diǎn)上銀膠或絕緣膠。（對于 GaAs、SiC導電襯底，具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片，采用銀膠。對于藍寶石絕緣襯底的藍光、綠光LED芯片，采用絕緣膠來(lái)固定芯片。） 工藝難點(diǎn)在于點(diǎn)膠量的控制，在膠體高度、點(diǎn)膠位置均有詳細的工藝要求。 由于銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴格的要求，銀膠的醒料、攪拌、使用時(shí)間都是工藝上必須注意的事項。 調查顯示，2007年，我國全社會(huì )用電約24210億度,按照明用電占全社會(huì )用電的12%計算，2007年我國照明用電約2905億度，如我國照明裝置有50%采用LED燈具（按使用節電50%的低端產(chǎn)品計算），每年至少可節電726億度，相當于新建2個(gè)三峽電站或8至9臺百萬(wàn)千瓦超臨界燃煤發(fā)電機組，可節約電廠(chǎng)建設經(jīng)費近千億元，每年節約原電煤近1252萬(wàn)噸，若以燃煤發(fā)電每千瓦時(shí)排放0.638公斤二氧化碳計算，每年還可減少4632萬(wàn)噸二氧化碳排放。 LED生產(chǎn)需求量大同時(shí)，需要有相應的生產(chǎn)設備來(lái)支持，低速、噴膠精準度、膠量不均勻的機器已經(jīng)不能滿(mǎn)足生產(chǎn)的需求，因此市場(chǎng)需要一種高速點(diǎn)膠、膠量均勻并易控制的全自動(dòng)點(diǎn)膠機。 2. 系統組成及工作流程 系統主要有以下幾部分組成 1) 3軸運動(dòng)絲杠及相應機構 2) 運動(dòng)控制器及伺服器 3) 點(diǎn)膠閥 4) 點(diǎn)膠閥控制設備 5) 視覺(jué)識別設備 NI PCI-7344步進(jìn)/伺服運動(dòng)控制器是National Instruments公司的中檔運動(dòng)產(chǎn)品之一。該控制器簡(jiǎn)單易用，推薦用于簡(jiǎn)單的步進(jìn)或直流電機控制和復雜的多軸運動(dòng)控制。NI PCI-7344包括雙處理器和一個(gè)實(shí)時(shí)板載操作系統，并具有多軸插值功能。 結合LabVIEW軟件及其范例查找器中豐富的范例程序，通過(guò)簡(jiǎn)單的線(xiàn)纜連接，在很短的時(shí)間內就搭建了一套伺服運動(dòng)控制系統。在點(diǎn)膠機中需要大量 IO端口，NI-7344板卡也提供了多達32個(gè)數字IO通道口，用于一些夾具是否到位，氣閥開(kāi)閉，點(diǎn)膠信號指示，以及報警燈控制等一些數字控制上。 此外控制光源、點(diǎn)膠閥的實(shí)際高度，用到NI-7344中內置的8個(gè)模擬量輸入端口，通過(guò)這些端口可實(shí)時(shí)了解到光源及點(diǎn)膠閥的位置高度信息。 由于點(diǎn)膠量需要實(shí)時(shí)控制，以提高點(diǎn)膠的質(zhì)量，滿(mǎn)足膠量控制均勻的要求。NI-7344板卡自帶板載編程功能，將需要點(diǎn)膠的位置信息直接輸入到板子內存中進(jìn)行實(shí)時(shí)操作，避免了由于通過(guò)軟件來(lái)控制點(diǎn)膠而帶來(lái)的點(diǎn)膠均勻度受到影響的問(wèn)題。結合NI-6601數字脈沖輸出卡，能將點(diǎn)膠精度控制在微秒級別。結合Festo高速氣動(dòng)電磁閥實(shí)現高速點(diǎn)膠。 成品外觀(guān)圖及現場(chǎng)圖片 
現場(chǎng)圖片 程序主界面
程序部分后面板
工作流程
3. 系統功能 本系統主要完成LED支架的自動(dòng)上料，自動(dòng)識別LED杯子精確XY位置，自動(dòng)控制點(diǎn)膠膠量等功能。 1）支架自動(dòng)上料 LED支架自動(dòng)上料由氣缸推動(dòng)推動(dòng)LED支架到指定位置，通過(guò)磁鐵的吸附及滾動(dòng)夾持裝置將LED支架固定到相機可識別位置。 2）LED杯子精確XY位置識別 下面是通過(guò)1394相機拍到的原始圖片
通過(guò)采用NI Vision模式匹配函數，制作相應模板，通過(guò)采取多點(diǎn)匹配的方式獲得畫(huà)面中全部杯子位置信息，進(jìn)行相應的物理位移轉換后得到杯子的實(shí)際運動(dòng)坐標。 見(jiàn)下圖在Vision-Assistant中獲得杯子坐標信息。
3）自動(dòng)控制點(diǎn)膠膠量 在得到Vision中識別得到的杯子運動(dòng)坐標后，將運動(dòng)坐標輸入到運動(dòng)控制卡（NI-7344四軸步進(jìn)伺服運動(dòng)控制卡）。運動(dòng)控制卡按照順序運動(dòng)到指定位置，輸出Breakpoint信號，經(jīng)過(guò)一個(gè)74HC08的與門(mén)邏輯電路將三軸XYZ的Breakpoint信號匯集為一個(gè)TTL輸出信號到 NI-6601（脈沖信號發(fā)生板卡），通過(guò)之前在NI-6601中設置的脈沖數及脈沖間隔觸發(fā)產(chǎn)生一連串均勻穩定的脈沖信號給點(diǎn)膠閥，已獲得穩定均勻的點(diǎn)膠量。 4. 系統優(yōu)勢 由于采用NI的運動(dòng)控制卡及相應板卡，結合NI Vision強大圖形處理功能，使得本項目在一開(kāi)始就十分順利，并在短短的2個(gè)月內完成系統的搭建工作。出膠量穩定，用戶(hù)可隨意調節出膠量大小。在完成 LED全自動(dòng)點(diǎn)膠工作的同時(shí)，在未來(lái)的一些產(chǎn)品設計開(kāi)發(fā)中也提供良好的升級空間。 結論 結合LabVIEW強大的圖形化編程功能，運用一系列現成的工具包，圖形分析功能，以及與LabVIEW平臺整合度十分完美的NI硬件，我們在極短的時(shí)間內開(kāi)發(fā)出了系統可靠，噴膠量穩定的，運動(dòng)點(diǎn)膠速度快速的，并在市場(chǎng)上具有明顯競爭優(yōu)勢的商業(yè)化產(chǎn)品�？s短開(kāi)發(fā)周期，使產(chǎn)品更快投入市場(chǎng)，為廣大 LED生產(chǎn)廠(chǎng)商提供提供了一套更為完美的點(diǎn)膠產(chǎn)品。 作者：上海飛睿測控科技有限公司 陳謙 本文獲NI公司2009 案例征文大賽單項獎（工業(yè)自動(dòng)化） |
