應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)自動(dòng)化、工業(yè)視覺(jué)、運(yùn)動(dòng)控制
挑戰(zhàn)：運(yùn)用LabVIEW+Vision+Motion的結(jié)合，迅速開(kāi)發(fā)一套面向商用的全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)。
應(yīng)用方案：應(yīng)用NI的運(yùn)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(jī)系統(tǒng)。
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(jī)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(biāo)，經(jīng)過(guò)換算得到XY實(shí)際運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡NI-7344和NI-6601脈沖卡，控制點(diǎn)膠閥運(yùn)動(dòng)和點(diǎn)膠。運(yùn)動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)采用了松下伺服系統(tǒng)，保證運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)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(yùn)動(dòng)控制和相關(guān)產(chǎn)品，使得開(kāi)發(fā)時(shí)間大大縮短。給客戶將產(chǎn)品投入市場(chǎng)節(jié)省了大量時(shí)間成本。
正文：
1. 系統(tǒng)背景
LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)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(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“P-N結(jié)”。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)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(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)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(xiàng)，其中較為重要的一項(xiàng)極為L(zhǎng)ED點(diǎn)膠。在LED支架的相應(yīng)位置點(diǎn)上銀膠或絕緣膠。（對(duì)于GaAs、SiC導(dǎo)電襯底，具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片，采用銀膠。對(duì)于藍(lán)寶石絕緣襯底的藍(lán)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(xì)的工藝要求。 由于銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴(yán)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(xiàng)。
調(diào)查顯示，2007年，我國(guó)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(jì)算，2007年我國(guó)照明用電約2905億度，如我國(guó)照明裝置有50%采用LED燈具（按使用節(jié)電50%的低端產(chǎn)品計(jì)算），每年至少可節(jié)電726億度，相當(dāng)于新建2個(gè)三峽電站或8至9臺(tái)百萬(wàn)千瓦超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，可節(jié)約電廠建設(shè)經(jīng)費(fèi)近千億元，每年節(jié)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(jì)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(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備來(lái)支持，低速、噴膠精準(zhǔn)度、膠量不均勻的機(jī)器已經(jīng)不能滿足生產(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(jī)。
2. 系統(tǒng)組成及工作流程
系統(tǒng)主要有以下幾部分組成
1) 3軸運(yùn)動(dòng)絲杠及相應(yīng)機(jī)構(gòu)
2) 運(yùn)動(dòng)控制器及伺服器
3) 點(diǎn)膠閥
4) 點(diǎn)膠閥控制設(shè)備
5) 視覺(jué)識(shí)別設(shè)備
NI PCI-7344步進(jìn)/伺服運(yùn)動(dòng)控制器是National Instruments公司的中檔運(yùn)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(jī)控制和復(fù)雜的多軸運(yùn)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(tǒng)，并具有多軸插值功能。
結(jié)合LabVIEW軟件及其范例查找器中豐富的范例程序，通過(guò)簡(jiǎn)單的線纜連接，在很短的時(shí)間內(nèi)就搭建了一套伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。在點(diǎn)膠機(jī)中需要大量IO端口，NI-7344板卡也提供了多達(dá)32個(gè)數(shù)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(hào)指示，以及報(bào)警燈控制等一些數(shù)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(nèi)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(nèi)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(jié)合NI-6601數(shù)字脈沖輸出卡，能將點(diǎn)膠精度控制在微秒級(jí)別。結(jié)合Festo高速氣動(dòng)電磁閥實(shí)現(xiàn)高速點(diǎn)膠。
成品外觀圖及現(xiàn)場(chǎng)圖片
現(xiàn)場(chǎng)圖片
程序主界面
程序部分后面板
工作流程
3. 系統(tǒng)功能
本系統(tǒng)主要完成LED支架的自動(dòng)上料，自動(dòng)識(shí)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(jī)可識(shí)別位置。
2）LED杯子精確XY位置識(shí)別
下面是通過(guò)1394相機(jī)拍到的原始圖片
通過(guò)采用NI Vision模式匹配函數(shù)，制作相應(yīng)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(yīng)的物理位移轉(zhuǎn)換后得到杯子的實(shí)際運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)。
見(jiàn)下圖在Vision-Assistant中獲得杯子坐標(biāo)信息。
3）自動(dòng)控制點(diǎn)膠膠量
在得到Vision中識(shí)別得到的杯子運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)后，將運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)輸入到運(yùn)動(dòng)控制卡（NI-7344四軸步進(jìn)伺服運(yùn)動(dòng)控制卡）。運(yùn)動(dòng)控制卡按照順序運(yùn)動(dòng)到指定位置，輸出Breakpoint信號(hào)，經(jīng)過(guò)一個(gè)74HC08的與門(mén)邏輯電路將三軸XYZ的Breakpoint信號(hào)匯集為一個(gè)TTL輸出信號(hào)到NI-6601（脈沖信號(hào)發(fā)生板卡），通過(guò)之前在NI-6601中設(shè)置的脈沖數(shù)及脈沖間隔觸發(fā)產(chǎn)生一連串均勻穩(wěn)定的脈沖信號(hào)給點(diǎn)膠閥，已獲得穩(wěn)定均勻的點(diǎn)膠量。
4. 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)
由于采用NI的運(yùn)動(dòng)控制卡及相應(yīng)板卡，結(jié)合NI Vision強(qiáng)大圖形處理功能，使得本項(xiàng)目在一開(kāi)始就十分順利，并在短短的2個(gè)月內(nèi)完成系統(tǒng)的搭建工作。出膠量穩(wěn)定，用戶可隨意調(diào)節(jié)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(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中也提供良好的升級(jí)空間。
結(jié)論
結(jié)合LabVIEW強(qiáng)大的圖形化編程功能，運(yùn)用一系列現(xiàn)成的工具包，圖形分析功能，以及與LabVIEW平臺(tái)整合度十分完美的NI硬件，我們?cè)跇O短的時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)出了系統(tǒng)可靠，噴膠量穩(wěn)定的，運(yùn)動(dòng)點(diǎn)膠速度快速的，并在市場(chǎng)上具有明顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的商業(yè)化產(chǎn)品。縮短開(kāi)發(fā)周期，使產(chǎn)品更快投入市場(chǎng)，為廣大LED生產(chǎn)廠商提供提供了一套更為完美的點(diǎn)膠產(chǎn)品。