CN103418557B - Led球泡灯成品在线检测及分拣的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED球泡灯成品在线检测及分拣的设备及方法，基于积分球—光谱辐射计的离线检测方式，专门针对自动化生产线的工程应用设计了工位转台、检测工装、检测机构、检测系统、分拣机构，以及实现整个设备的一体化协同控制的控制系统。工位转台驱动检测工装轮转经过各个工位，由检测机构从转到检测工位的检测工装中抓取LED球泡灯并送入检测系统进行成品检测；之后，由分拣机构从转到分拣工位的检测工装中对检测后的LED球泡灯进行分拣。本发明具有检测速度高、检测精度高、自动化和智能化程度高、性价比高的特点，既可以无缝集成到LED灯自动化生产线中实现全过程的自动化生产，也可以作为独立的成品检测单元使用。

Description

LED球泡灯成品在线检测及分拣的设备及方法

技术领域

本发明涉及的是一种制造领域的检测设备，具体是一种用于LED球泡灯自动化生产线的成品在线检测及分拣的设备及方法。

背景技术

LED球泡灯外形似球泡状，是新一代节能环保的通用照明产品。国内外LED球泡灯大多由手工生产，导致生产效率低、品质难以保证。随着近几年我国制造业用工成本的急速攀升，照明企业迫切需要引入自动化的生产装备以提升制造能力。我国通过国外引进和自主开发，正逐步实现LED球泡灯生产的自动化，如今已有数十条自动化生产线投产或在研制中。

成品检测是LED球泡灯自动化生产工艺中的关键环节，检测包括光通量、色温、显色指数等在内的十余项性能指标参数。现有的离线成品检测方法是人工将球泡灯置于积分球中并通电，然后使用光谱辐射计检测球泡灯的发光光谱，最后分析求解出这些性能指标。这一过程不仅周期长，而且仅由人工离线操作完成，因而无法满足现代化自动生产对于检测速度和产品质量信息实时监控的要求。

经对现有技术的检索发现，中国发明专利：LED球泡灯全自动柔性装配线（专利申请号：201210440423.6）公开了一种LED球泡灯全自动装配线，该装配线包括光源装配工作站、电源装配工作站、灯罩装配工作站、中间储料装置、终端储料装置、供料装置和控制系统。这一生产线可以用于LED球泡灯全自动装配生产，但它不具备成品检测功能和相应的设备。中国发明专利：LED灯具光、色、电参数在线实时检测装置（专利申请号：201110323672.2）公开了一种LED灯具在线实时检测装置，它采用大面积太阳能电池实现光电转换，从而测量灯具的总流明量，采用“隧道式”机械结构，用于直线传送带结构的生产线上LED灯的传输和检测，结构复杂。

发明内容

为了满足现代化自动生产对于检测速度和产品质量信息实时监控的要求，本发明提供一种LED球泡灯成品在线检测及分拣的设备及方法，基于积分球—光谱辐射计的离线检测方式，专门针对自动化生产线的工程应用设计了工位转台、检测工装、检测机构、检测系统、分拣机构和控制系统，实现了一体化的LED球泡灯成品在线检测及分拣。本发明具有检测速度高、检测精度高、自动化和智能化程度高、性价比高的特点，既可以无缝集成到LED灯自动化生产线中实现全过程的自动化生产，也可以作为独立的成品检测单元使用。

本发明的一个技术方案是提供一种LED球泡灯成品在线检测及分拣设备，其中包括：

工位转台，设有多个工位，其中包含先后布置的检测工位和分拣工位；

多个检测工装，安装于所述工位转台上；并且，在所述工位转台驱动下，每个所述检测工装及对应放置于其中的LED球泡灯依次轮转经过所述工位转台的各个工位；

检测机构和检测系统，配合设置在所述工位转台上对应检测工位的位置，由所述检测机构将轮转到检测工位的LED球泡灯送入检测系统进行成品检测；

分拣机构，设置于所述工位转台上对应分拣工位的位置，对检测后的LED球泡灯进行分拣；

控制系统，与所述工位转台、检测机构、检测系统、分拣机构分别连接，实现整个设备的一体化协同控制。

所述工位转台进一步包括：

工作台基座，用于承载安装设备中的其他器件；

分度器，安装于所述工作台基座上，实现工位分度轮转；

旋转圆盘，安装于所述分度器上，并由所述分度器驱动实现工位轮转；

所述检测工装的数量与所述工位转台的工位数量相等，这些检测工装均匀分布在所述旋转圆盘上。

每个所述检测工装进一步包括：

固定组件，固定安装在所述工位转台的旋转圆盘上；

绝缘的活动组件，放置于所述固定组件上；在所述活动组件向下活动时与固定组件通过销孔定位，而在所述活动组件向上活动时，两者分离；

插拔式灯座，固定设置在所述活动组件内；对应的LED球泡灯放置在所述活动组件内定位，且灯头部分恰好插入所述插拔式灯座中；

两个外部簧片，安装在所述活动组件的外壁上，分别通过导线连接到所述插拔式灯座的正极和负极，从而通过所述外部簧片和插拔式灯座给LED球泡灯提供电源。

所述检测机构进一步包括：

第一型材支架，安装在所述工位转台上对应检测工位的位置；

气动滑台，竖直安装在第一型材支架上，其设置有滑块能够上下滑动；

180°开闭气爪，安装在所述气动滑台的滑块上，通过180°闭合和开启的动作，能够将任意一个检测工装的活动组件和其中放置的LED球泡灯一起送入所述检测系统检测。

所述检测系统进一步包括：

积分球，安装在所述工位转台的检测工位正上方，用于成品检测时容纳LED球泡灯，将光能保持在积分球中而不散失；

加电环，安装在所述积分球正下方、检测工位正上方；在通过导线连接到该加电环的纯净电源作用下， 给带有LED球泡灯的检测工装提供纯净的交流和直流电源；

光谱辐射计，通过光纤连接所述积分球，从而接收被测光并对其进行光电转换和光谱分析；

电参数测量仪，测量LED球泡灯的电参数；

工业计算机，分别与所述光谱辐射计和电参数测量仪连接，接受其各自处理后的数字信号，进行检测过程的求解计算、人机交互和信息存储。

所述的检测系统还包括检测机柜，用以放置所述光谱辐射计、电参数测量仪、纯净电源和工业计算机。

所述分拣机构进一步包括：

第二型材支架，安装在所述工位转台上对应分拣工位的位置；

无杆气缸，安装在所述第二型材支架上，用于横向移动；

导杆气缸，安装在所述无杆气缸的滑块上，用于竖直移动；

平行开闭气爪，安装在所述导杆气缸上，用于LED球泡灯的抓取；

止动气缸，安装在所述第二型材支架上，通过控制所述导杆气缸和平行开闭气爪的通过与否实现分拣功能；

挡块，安装在所述第二型材支架上，用于LED球泡灯与检测工装分离时稳定检测工装；

成品物料区，用于分拣后LED球泡灯的在线仓储。

所述控制系统进一步包括：安装在电气柜中的可编程控制器、触摸屏和控制电路；

其中，所述可编程控制器用于整套设备的逻辑控制；

所述触摸屏的操作界面安装在工位转台上，通过与可编程控制器连接，实现操作人员与设备的人机交互；

所述控制电路用于提供设备的电源，实现电气保护、紧急停机及网络通信。

本发明的另一个技术方案是提供一种使用上述设备，对LED球泡灯成品进行在线检测及分拣的方法，其中包含以下流程：

步骤1. 将待检测的LED球泡灯放置在对应的检测工装内，由工位转台驱动所述检测工装轮转到检测工位；

步骤2.检测机构抓取检测工装，将LED球泡灯连带检测工装的活动组件一起送到检测系统的积分球内；同时令所述检测工装与检测系统的加电环电气连接；

步骤3.通过加电环、检测工装向LED球泡灯施加检测电源，在稳定发光后，触发检测系统对其进行成品检测，完成检测信号的采集、转换、处理及检测结果的存储；

步骤4.所述工位转台驱动检测工装轮转到分拣工位，由分拣机构依据检测结果对产品进行分拣。

本发明针对自动化LED灯生产线设计成品在线检测及分拣设备，采用工业CCD相机实现光电转换，使用数字积分算法实现性能指标求解；采用“顶升式”机械结构，可用于回转台结构的生产线。因此本发明在应用场合、工作原理、机械结构、检测仪器软硬件配置等方面，都与现有技术不同，在检测节拍时间、检测精度、设备成本等方面均优于现有技术。

与现有技术相比，本发明具有以下显著的优点：（1）生产效率高。本发明中的检测设备工作节拍小于6 s，不含机械动作的检测时间仅需1 s左右，适用于大批量生产线的100%成品全检。（2）检测精度高。本发明中的设备检测机理与精密检测（如科学试验）用的积分球—光谱辐射计离线检测设备相同，设备在精确标定后的检测重复精度达到±2%，保证了产品的质量。（3）自动化、智能化程度高。本发明中的设备为全自动设备，实现智能的检测和决策分拣，通过网络化的数据库实现检测信息共享，达到了较高的自动化、智能化程度。（4）性价比高。设备成本基本与积分球—光谱辐射计离线检测设备相同，成本上大大低于使用太阳能电池等其它LED球泡灯成品检测设备，具有良好的产业化前景。

附图说明

图1为本发明所述LED球泡灯成品在线检测及分拣设备的总体结构示意图。

图2为本发明中工位转台的结构示意图。

图3为本发明中检测工装的结构示意图。

图4为本发明中检测机构的结构示意图。

图5为本发明中检测系统的结构示意图。

图6为本发明中分拣机构的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例所述的LED球泡灯成品在线检测及分拣设备，包括：工位转台1、多个检测工装2、检测机构3、检测系统4、分拣机构5和控制系统6。其中，检测工装2的数量与工位转台1的工位数量相等，使多个LED球泡灯能够对应放置在各个检测工装2内。检测机构3和分拣机构5安装在工位转台1上，依次对应检测工位和分拣工位；在工位转台1的驱动下，检测工装2依次轮转经过工位转台1的各个工位，先后在其中的成品检测工位和分拣工位分别完成成品检测和分拣工序；检测系统4和控制系统6安装在工位转台1内，检测系统4完成检测信号的采集、转换、处理和存储，控制系统6与工位转台、检测机构、检测系统、分拣机构连接，实现整个设备的一体化协同控制。

如图2所示，所述的工位转台1包括：工作台基座7、分度器8、旋转圆盘9，其中：工作台基座7是整个设备的基础结构，分度器8用于实现工位分度轮转，分度器8安装在工作台基座7上，旋转圆盘9安装在分度器8上，旋转圆盘9由分度器8驱动实现工位轮转，检测工装2放置在旋转圆盘9上，其数量与工位转台1的工位数量相等。

在本实施例中，所述的分度器8是一种12工位等分凸轮分度器。因此，对应设置了12个检测工装2。

如图3所示，所述的检测工装2包括：固定组件10、活动组件11、插拔式灯座12和外部簧片13，其中：固定组件10安装固定在工位转台1的旋转圆盘9上，活动组件11由绝缘材料制成，放置于固定组件10上，两者通过两组销—孔定位，使活动组件11仅能上下活动；插拔式灯座12固定在活动组件11内，LED球泡灯14放置在活动组件11内定位，且灯头部分恰好插入插拔式灯座12中；两个外部簧片13安装在活动组件11的外壁上，分别通过导线连接到插拔式灯座12的正极和负极，这样便可以通过外部簧片13和插拔式灯座12给LED球泡灯14提供电源。

优选的所述插拔式灯座12是一种直接插拔式的测试用灯座。

如图4所示，所述的检测机构3包括：型材支架15、气动滑台16、180°开闭气爪17，其中：型材支架15安装在工位转台1上对应检测工位的位置，气动滑台16竖直安装在型材支架15上，其滑块可以上下滑动；180°开闭气爪17安装在气动滑台16的滑块上，完成180°闭合和开启动作。检测机构3用于将任意一个检测工装2的活动组件11和其中的LED球泡灯一起送入检测系统4检测。

如图5所示，所述的检测系统4包括：积分球18、加电环19、光纤20、光谱辐射计21、电参数测量仪22、纯净电源23、工业计算机24以及检测机柜25，其中：光谱辐射计21、电参数测量仪22、纯净电源23、工业计算机24都安装在检测机柜25中；积分球18安装在工位转台1的检测工位正上方，用于成品检测时容纳LED球泡灯，将光能保持在积分球中而不散失；加电环19安装在积分球正下方、检测工位正上方，用于给带有LED球泡灯的检测工装2提供电源，纯净电源23通过导线连接到加电环19，用于给LED球泡灯提供标准纯净的交流和直流电源，以光纤20连接积分球18和光谱辐射计21，传递被测光，光谱辐射计21进行光电转换和光谱分析，电参数测量仪22测量功率等电参数，工业计算机24分别与光谱辐射计21、电参数测量仪22连接，接受光谱辐射计21和电参数测量仪22处理后的数字信号，进行检测过程的求解计算、人机交互和信息存储。

本实施例中，所述的积分球18是500 mm直径的内表面涂层积分球。

所述的纯净电源23包括：纯净交流源、纯净直流源。

如图6所示，所述的分拣机构5包括：型材支架26、无杆气缸27、导杆气缸28、平行开闭气爪29、止动气缸30、挡块31、成品物料区32，其中：型材支架26安装在工位转台1上对应分拣工位的位置；无杆气缸27安装在型材支架26上，用于横向移动；导杆气缸28安装在无杆气缸27滑块上，用于竖直移动；平行开闭气爪29安装在导杆气缸28上，用于LED球泡灯的抓取；止动气缸30安装在型材支架26上，通过控制导杆气缸28和平行开闭气爪29的通过与否实现分拣功能；挡块31安装在型材支架26上，用于LED球泡灯与检测工装2分离时稳定检测工装2，成品物料区32用于分拣后LED球泡灯的在线仓储。

所述的控制系统6包括：可编程控制器、触摸屏、控制电路和电气柜，其中：可编程控制器、触摸屏、控制电路都安装在电气柜中，触摸屏的使用界面安装在工位转台上，可编程控制器用于整套设备的逻辑控制，触摸屏与可编程控制器连接，用于操作人员与设备的人机交互，控制电路用于提供电源，实现电气保护、紧急停机及网络通信等功能。

以5瓦LED球泡灯的成品检测为例。LED球泡灯成品在线检测及分拣设备的工作流程是：

步骤1. LED球泡灯14放置在检测工装2内，由工位转台1驱动该检测工装2轮转到检测工位；

步骤2.检测机构3抓取检测工装2，将LED球泡灯14连带检测工装2的活动组件11一起送到积分球18内，同时检测工装2与加电环19电气连接；

步骤3.给LED球泡灯14施加检测电源，稳定发光后触发成品检测，将检测结果存储；

步骤4.工位转台1驱动检测工装2轮转到分拣工位，分拣机构5依据检测结果对产品进行分拣。

将本发明涉及的LED球泡灯成品在线检测及分拣设备应用到自动装配线生产中，连续试运行8小时，设备运行节拍达到5 s。通过5%的成品抽样送检（使用浙大三色光谱检测系统），检测结果证明，LED球泡灯成品在线检测及分拣设备成品检测和分拣正确率达到100%。试运行结果表明，该LED球泡灯成品在线检测及分拣设备具有检测速度高、检测精度高、自动化和智能化程度高、性价比高的特点，既可以无缝集成到LED灯自动化生产线中实现全过程的自动化生产，也可以作为独立的成品检测单元使用。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种LED球泡灯成品在线检测及分拣设备，其特征在于，包括：

工位转台（1），设有多个工位，其中包含先后布置的检测工位和分拣工位；

多个检测工装（2），安装于所述工位转台（1）上；并且，在所述工位转台（1）驱动下，每个所述检测工装（2）及对应放置于其中的LED球泡灯（14）依次轮转经过所述工位转台（1）的各个工位；

检测机构（3）和检测系统（4），配合设置在所述工位转台（1）上对应检测工位的位置，由所述检测机构（3）将轮转到检测工位的LED球泡灯（14）送入检测系统（4）进行成品检测；

分拣机构（5），设置于所述工位转台（1）上对应分拣工位的位置，对检测后的LED球泡灯（14）进行分拣；

控制系统（6），与所述工位转台（1）、检测机构（3）、检测系统（4）、分拣机构（5）分别连接，实现整个设备的一体化协同控制；

其中，每个所述检测工装（2）进一步包括：

固定组件（10），固定安装在所述工位转台（1）的旋转圆盘（9）上；

绝缘的活动组件（11），放置于所述固定组件（10）上；在所述活动组件（11）向下活动时与固定组件（10）通过销孔定位，而在所述活动组件（11）向上活动时，两者分离；

插拔式灯座（12），固定设置在所述活动组件（11）内；对应的LED球泡灯（14）放置在所述活动组件（11）内定位，且灯头部分恰好插入所述插拔式灯座（12）中；

两个外部簧片（13），安装在所述活动组件（11）的外壁上，分别通过导线连接到所述插拔式灯座（12）的正极和负极，从而通过所述外部簧片（13）和插拔式灯座（12）给LED球泡灯（14）提供电源。

2.如权利要求1所述的LED球泡灯成品在线检测及分拣设备，其特征在于，

所述工位转台（1）进一步包括：

工作台基座（7），用于承载安装设备中的其他器件；

分度器（8），安装于所述工作台基座（7）上，实现工位分度轮转；

旋转圆盘（9），安装于所述分度器（8）上，并由所述分度器（8）驱动实现工位轮转；

所述检测工装（2）的数量与所述工位转台（1）的工位数量相等，这些检测工装（2）均匀分布在所述旋转圆盘（9）上。

3.如权利要求2所述的LED球泡灯成品在线检测及分拣设备，其特征在于，

所述检测机构（3）进一步包括：

第一型材支架（15），安装在所述工位转台（1）上对应检测工位的位置；

气动滑台（16），竖直安装在第一型材支架（15）上，其设置有滑块能够上下滑动；

180°开闭气爪（17），安装在所述气动滑台（16）的滑块上，通过180°闭合和开启的动作，能够将任意一个检测工装（2）的活动组件（11）和其中放置的LED球泡灯（14）一起送入所述检测系统（4）检测。

4.如权利要求1所述的LED球泡灯成品在线检测及分拣设备，其特征在于，

所述的检测系统（4）进一步包括：

积分球（18），安装在所述工位转台（1）的检测工位正上方，用于成品检测时容纳LED球泡灯（14），将光能保持在积分球（18）中而不散失；

加电环（19），安装在所述积分球（18）正下方、检测工位正上方；在通过导线连接到该加电环（19）的纯净电源（23）作用下， 给带有LED球泡灯（14）的检测工装（2）提供纯净的交流和直流电源；

光谱辐射计（21），通过光纤（20）连接所述积分球（18），从而接收被测光并对其进行光电转换和光谱分析；

电参数测量仪（22），测量LED球泡灯（14）的电参数；

工业计算机（24），分别与所述光谱辐射计（21）和电参数测量仪（22）连接，接受其各自处理后的数字信号，进行检测过程的求解计算、人机交互和信息存储。

5.如权利要求4所述的LED球泡灯成品在线检测及分拣设备，其特征在于，

所述的检测系统（4）还包括检测机柜（25），用以放置所述光谱辐射计（21）、电参数测量仪（22）、纯净电源（23）和工业计算机（24）。

6.如权利要求1所述的LED球泡灯成品在线检测及分拣设备，其特征在于，

所述分拣机构（5）进一步包括：

第二型材支架（26），安装在所述工位转台（1）上对应分拣工位的位置；

无杆气缸（27），安装在所述第二型材支架（26）上，用于横向移动；

导杆气缸（28），安装在所述无杆气缸（27）的滑块上，用于竖直移动；

平行开闭气爪（29），安装在所述导杆气缸（28）上，用于LED球泡灯（14）的抓取；

止动气缸（30），安装在所述第二型材支架（26）上，通过控制所述导杆气缸（28）和平行开闭气爪（29）的通过与否实现分拣功能；

挡块（31），安装在所述第二型材支架（26）上，用于LED球泡灯（14）与检测工装（2）分离时稳定检测工装（2）；

成品物料区（32），用于分拣后LED球泡灯（14）的在线仓储。

7.如权利要求1所述的LED球泡灯成品在线检测及分拣设备，其特征在于，

所述控制系统（6）进一步包括：安装在电气柜中的可编程控制器、触摸屏和控制电路；

其中，所述可编程控制器用于整套设备的逻辑控制；

所述触摸屏的操作界面安装在工位转台上，通过与可编程控制器连接，实现操作人员与设备的人机交互；

所述控制电路用于提供设备的电源，实现电气保护、紧急停机及网络通信。

8.一种使用如权利要求1所述的设备，对LED球泡灯成品进行在线检测及分拣的方法，其特征在于，包含以下流程：

步骤1. 将待检测的LED球泡灯（14）放置在对应检测工装（2）的活动组件（11）内并使灯头部分插入所述检测工装（2）的插拔式灯座（12）中，由工位转台（1）驱动所述检测工装（2）轮转到检测工位；

步骤2.检测机构（3）抓取检测工装（2），将LED球泡灯（14）连带检测工装（2）的活动组件（11）一起送到检测系统（4）的积分球（18）内；同时令检测系统（4）的加电环（19）与所述检测工装（2）设置在所述活动组件（11）上的两个外部簧片（13）电气连接；

步骤3.通过加电环（19）、检测工装（2）的外部簧片（13），和与所述外部簧片（13）通过导线连接的插拔式灯座（12）向LED球泡灯（14）施加检测电源，在稳定发光后，触发检测系统（4）对其进行成品检测，完成检测信号的采集、转换、处理及检测结果的存储；

步骤4.所述工位转台（1）驱动检测工装（2）轮转到分拣工位，由分拣机构（5）依据检测结果对产品进行分拣。