作者：陳謙
工作職務：工程師
公司名稱：上海飛睿測控科技有限公司
 

應用領域：工業自動化、工業視覺、運動控制
挑戰：運用LabVIEW+Vision+Motion的結合，迅速開發一套面向商用的全自動點膠機。
應用方案：應用NI的運動控制卡和視覺開發模塊，快速開發出一套全自動點膠機系統。
使用的產品：NI-7344，NI-6601，LabVIEW 8.6.1，Vision Module

介紹：
首先通過1394相機拍照獲得二極管杯子圖像信息，再通過NI Vision Module中自帶的一些視覺判斷模塊，快速找到被點膠二極管杯子XY像素坐標，經過換算得到XY實際運動坐標，通過運動控制卡NI-7344和NI-6601脈沖卡，控制點膠閥運動和點膠。運動執行系統采用了松下伺服系統，保證運動的準確。通過NI-6601脈沖卡控制點膠速度，保證了點膠一致性。由于采用了NI的運動控制和相關產品，使得開發時間大大縮短。給客戶將產品投入市場節省了大量時間成本。

正文：
1. 系統背景
LED（Light Emitting Diode），發光二極管，是一種固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環氧樹脂封裝起來。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的時候，它們之間就形成一個“P-N結”。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區，在P區里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量，這就是LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結的材料決定的。
在LED生產工藝流程及封裝技術生產步驟多大20幾項，其中較為重要的一項極為LED點膠。在LED支架的相應位置點上銀膠或絕緣膠。（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，采用絕緣膠來固定芯片。） 工藝難點在于點膠量的控制，在膠體高度、點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、使用時間都是工藝上必須注意的事項。
調查顯示，2007年，我國全社會用電約24210億度,按照明用電占全社會用電的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%的低端產品計算），每年至少可節電726億度，相當于新建2個三峽電站或8至9臺百萬千瓦超臨界燃煤發電機組，可節約電廠建設經費近千億元，每年節約原電煤近1252萬噸，若以燃煤發電每千瓦時排放0.638公斤二氧化碳計算，每年還可減少4632萬噸二氧化碳排放。
LED生產需求量大同時，需要有相應的生產設備來支持，低速、噴膠精準度、膠量不均勻的機器已經不能滿足生產的需求，因此市場需要一種高速點膠、膠量均勻并易控制的全自動點膠機。

2. 系統組成及工作流程
系統主要有以下幾部分組成
1) 3軸運動絲杠及相應機構
2) 運動控制器及伺服器
3) 點膠閥
4) 點膠閥控制設備
5) 視覺識別設備
NI PCI-7344步進/伺服運動控制器是National Instruments公司的中檔運動產品之一。該控制器簡單易用，推薦用于簡單的步進或直流電機控制和復雜的多軸運動控制。NI PCI-7344包括雙處理器和一個實時板載操作系統，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，通過簡單的線纜連接，在很短的時間內就搭建了一套伺服運動控制系統。在點膠機中需要大量IO端口，NI-7344板卡也提供了多達32個數字IO通道口，用于一些夾具是否到位，氣閥開閉，點膠信號指示，以及報警燈控制等一些數字控制上。
此外控制光源、點膠閥的實際高度，用到NI-7344中內置的8個模擬量輸入端口，通過這些端口可實時了解到光源及點膠閥的位置高度信息。
由于點膠量需要實時控制，以提高點膠的質量，滿足膠量控制均勻的要求。NI-7344板卡自帶板載編程功能，將需要點膠的位置信息直接輸入到板子內存中進行實時操作，避免了由于通過軟件來控制點膠而帶來的點膠均勻度受到影響的問題。結合NI-6601數字脈沖輸出卡，能將點膠精度控制在微秒級別。結合Festo高速氣動電磁閥實現高速點膠。
成品外觀圖及現場圖片
 


現場圖片
 
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支架的自動上料，自動識別LED杯子精確XY位置，自動控制點膠膠量等功能。
1）支架自動上料
LED支架自動上料由氣缸推動推動LED支架到指定位置，通過磁鐵的吸附及滾動夾持裝置將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1394相機拍到的原始圖片

 
通過采用NI Vision模式匹配函數，制作相應模板，通過采取多點匹配的方式獲得畫面中全部杯子位置信息，進行相應的物理位移轉換后得到杯子的實際運動坐標。

見下圖在Vision-Assistant中獲得杯子坐標信息。

 
3）自動控制點膠膠量
在得到Vision中識別得到的杯子運動坐標后，將運動坐標輸入到運動控制卡（NI-7344四軸步進伺服運動控制卡）。運動控制卡按照順序運動到指定位置，輸出Breakpoint信號，經過一個74HC08的與門邏輯電路將三軸XYZ的Breakpoint信號匯集為一個TTL輸出信號到NI-6601（脈沖信號發生板卡），通過之前在NI-6601中設置的脈沖數及脈沖間隔觸發產生一連串均勻穩定的脈沖信號給點膠閥，已獲得穩定均勻的點膠量。

4. 系統優勢
由于采用NI的運動控制卡及相應板卡，結合NI Vision強大圖形處理功能，使得本項目在一開始就十分順利，并在短短的2個月內完成系統的搭建工作。出膠量穩定，用戶可隨意調節出膠量大小。在完成LED全自動點膠工作的同時，在未來的一些產品設計開發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，我們在極短的時間內開發出了系統可靠，噴膠量穩定的，運動點膠速度快速的，并在市場上具有明顯競爭優勢的商業化產品。縮短開發周期，使產品更快投入市場，為廣大LED生產廠商提供提供了一套更為完美的點膠產品。