CN105855181A - Led封装精密支架外观质量的光学检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED封装精密支架外观质量的光学检测系统，该系统包括控制器、工控机、以及自前向后依次布置的第一传送带、第二传送带和第三传送带，第一传送带的辊轮上固定安装有光电编码器，第二传送带上设置有能够带动该第二传送带的前端向上翻转的第二传送带翻转机构，第一传送带上方设置有相机、光电式抓拍触发器和光电式丢弃触发器；所述光电编码器、光电式抓拍触发器、光电式丢弃触发器以及第二传送带翻转机构均与所述控制器相连，所述相机、控制器和工控机之间通过以太网相连；相机所拍摄的图片经过图像处理系统进行数据处理，并自动判别LED封装精密支架外观质量状况。本发明这种光学检测系统结构简单、检测快速、运行稳定、操作简单等特点，可以有效检测包括开裂、崩角、缺件、极反以及尺寸误差等在内的各种LED封装精密支架外观质量问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED封装精密支架外观质量光学检测系统，用于检查此类LED封装精密支架外观质量是否合格。
背景技术
光学检测系统在近30年内迅猛发展，在现代化的自动生产过程中，机器视觉系统被广泛运用到工程监视、成品检测和质量控制等领域。目前大多数生产线上仍然在采用人工目测的方式，存在效率低、成本高、劳动强度大的缺点，浪费了大量的劳动资源。LED封装精密支架作为LED封装产品的重要组成部分，要求支架外观质量必须完好无损，不能出现开裂、崩角、缺件、极反以及存在尺寸误差等缺陷。
由于此类LED封装精密支架颗粒非常小、且排布非常密集，一方面人工检查会耗费大量的人员精力，同时还会产生诸多的因为人工主观因素而导致的误检、漏检等现象，从而对用户的产品质量管控带来巨大的困难。
发明内容
本发明目的是：针对上述问题，提供一种LED封装精密支架外观质量光学检测系统。该系统结构简单、外部连线少、检测快速、运行稳定、操作简单等特点，可以有效检测各种LED封装精密支架外观质量问题。
本发明的技术方案是：所述的LED封装精密支架外观质量光学检测系统，包括：
用于自前向后输送被检测的LED封装精密支架的第一传送带，该第一传送带是由辊轮驱动的回转传送带，
安装在所述辊轮上、并能随该辊轮一起转动的光电编码器，
设于所述第一传送带后端、以接收第一传送带输送过来的LED封装精密支架、并将该LED封装精密支架自前向后输送出去的第二传送带，所述第二传送 带上设置有能够带动该第二传送带的前端向上翻转、从而使第一传送带输送过来的不合格的LED封装精密支架无法进入该第二传送带并向下掉落出去的第二传送带翻转机构，
设于所述第二传送带下方的次品收纳箱，
设于所述第二传送带后端、以接收第二传送带输送过来的LED封装精密支架、并将该LED封装精密支架自前向后输送出去的第三传送带，
设于所述第一传送带上方的相机、光电式抓拍触发器和光电式丢弃触发器，其中光电式抓拍触发器位于相机附近，光电式丢弃触发器位于第一传送带后端，
控制器，以及
工控机；
所述光电编码器、光电式抓拍触发器、光电式丢弃触发器以及第二传送带翻转机构均与所述控制器相连，所述相机、控制器和工控机之间通过以太网相连。
本发明在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：
所述第一传送带上方还设置有位于所述相机附近的条形光源。
还包括一机架，所述第一传送带、第二传送带、第三传送带、相机、光电式抓拍触发器、光电式丢弃触发器、控制器和条形光源均安装在该机架上。
所述光电式抓拍触发器和光电式丢弃触发器均为激光漫反射型光电触发器。
所述第二传送带为回转传送带，其包括电机、与所述电机相连的主动辊、与主动辊平行布置的从动辊、缠绕在主动辊和从动辊上的回转皮带。
所述第二传送带翻转机构包括U字型的支架以及与该支架固定连接的舵机，所述U字型的支架由平行分布的两条侧臂以及垂直连接在这两条侧壁之间的底臂构成，所述主动辊和从动辊均通过轴承分别旋转连接在所述的两条侧臂上，所述舵机与所述控制器相连。
所述支架为中空的铝合金支架，所述主动辊和从动辊为塑料材质。
所述相机为CCD相机。该CCD相机所采集到的工件图像经过本光学检测系统的图像处理系统进行数据处理之后，能够自动判别出各种LED封装精密支架外观质量问题，如开裂、崩角、缺件、极反以及尺寸误差等。
所述第三传送带为回转传送带。
本发明的优点是：发明能够自动地进行LED封装精密支架外观质量的高速检测，具有良好的鲁棒性，准确定位，高速判别，同时能够将不良品予以自动分拣。在众多检测系统中，唯有本发明能够完备地判别出包括开裂、崩角、缺件、极反以及尺寸误差在内的各种LED封装精密支架外观质量问题。该系统结构简单，适应性强，可扩展性强。采用本发明的系统能够大大降低生产成本，节约劳动力，降低工人的劳动强度，大大提高了生产效率。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1是本发明的系统组成结构图；
图2是检测传送带、相机、光源和触发器安装示意图；
图3是第二传送带结构图；
图4是第二传送带详细结构侧视图；
图5是第二传送带详细结构俯视图；
图6是控制器FPGA程序模块图；
图7是控制器主要部件结构示意图；
其中：1-第一传送带，2-相机，3-光电式抓拍触发器，4-条形光源，5-LED封装精密支架，6-控制器，7-光电编码器，8-光电式丢弃触发器，9-以太网，10-第二传送带，11-次品收纳箱，12-工控机，13-电机，14-回转皮带，15-舵机，16-套轴，17-螺丝，18-轴承，19-支架，20-主动辊，21-从动辊，22-第一技术单元，23-第二技术单元，24-计米单元，25-数据包打包模块，26-UDP协议栈，27-主控 模块，29-命令解析模块，30-丢弃控制模块，31-第一光电隔离芯片，32-第二光电隔离芯片，33-88E1111物理层协议芯片，34-H5007NL隔离变压器，35-RJ45以太网接口，36-网络模块，37-第三光电隔离芯片，38-FPGA，39-辊轮，40-第三传送带，41-机架。
具体实施方式
实施例：图1～图7出示了本发明这种LED封装精密支架外观质量光学检测系统的一个具体实施例，该系统主要包括第一传送带1、第二传送带10、第三传送带40、相机2、光电编码器7、光电式抓拍触发器3、光电式丢弃触发器8、控制器6和工控机12，并且所述光电编码器7、光电式抓拍触发器3、光电式丢弃触发器8均与所述控制器6相连，所述相机2、控制器6和工控机12之间通过以太网9相连。其中：
第一传送带1是由辊轮39驱动其作回转运动的回转传送带，使用时该第一传送带1用于自前向后输送被检测的LED封装精密支架5。本例中所述的前和后，是以图1为参照，图1中平行于纸面向左为前，图1中平行于纸面向右为后。
第二传送带10上还设置有能够带动该第二传送带10的前端向上翻转、从而使第一传送带1输送过来的不合格的LED封装精密支架5无法进入该第二传送带10、并使该不合格LED封装精密支架从第一传送带1后端向下掉落出去的第二传送带翻转机构。该第二传送带翻转机构与所述控制器6相连，以实现控制器6对该第二传送带翻转机构的动作控制。
相机2布置在第一传送带1的上方，其型号为Baumer公司的TXG03，该相机为656*494分辨率的CCD相机，全帧传输最高帧率为90fps，曝光时间短，图像质量高，适合本系统所需，用于对第一传送带1上输送的LED封装精密支架进行拍摄。该相机2选用高速的CCD相机，使其视场覆盖整个待测区域，采用高速曝光，使其能够拍摄清楚高速运动的LED封装精密支架图像。
为了活动良好的图像质量，本例在第一传送带1的上方还设置有位于相机2附近的条形光源4，该条形光源4的型号为HDL-218X30W，长度为300mm，亮度受光源控制器控制，照射功率可调。该条形光源4采用宽角度光源，其光源长度与第一传送带一致，从两侧向中间打光。该条形光源不宜太靠近相机2，打光选择较低角度，防止镜面反光进入相机视场。选用亮度较高的光源，相机配合时候的光圈来抑制环境光干扰。
光电编码器7的型号为E6B2-CWZ3E，其固定安装在上述辊轮39的中心，工作时跟随辊轮39一起转动，编码脉冲通过IO引到控制器6，控制器6根据编码脉冲的数量和极性计算得到第一传送带1上LED封装精密支架5的运行速度和距离。
光电式抓拍触发器3布置在相机2附近且与相机2处于同一平面上，当然其也位于第一传送带1的上方，该触发器的信号线连接控制器6上对应的接口，负责触发相机2的抓拍动作。
光电式丢弃触发器3布置在第一传送带1的后端上方，该触发器的信号线连接控制器6上对应的接口，负责控制上述第二传送带翻转机构动作，以带动第二传送带10作倾斜动作，从而将第二传送带10上的不合格LED封装精密支架向下丢弃出去。
为了简化安装，本例中所述光电式抓拍触发器3和光电式丢弃触发器8均采用Baumer公司生产的型号为FHDM 12N5001的激光漫反射型光电触发器，这种触发器具有背景抑制功能。光电式抓拍触发器3和光电式丢弃触发器8的安装，要求角度不低于70度，且刚好选择与相机同一高度，并确保光点能够准确落在LED封装精密支架上，防止漏检。LED封装精密支架经过相机2下方时，光电式抓拍触发器3产生一个触发信号，控制相机2抓拍完整的LED封装精密支架图像。
以太网9连接相机2、控制器6和工控机12，实现数据和命令的交换。本 例中该以太网9为万兆以太网。
此外，本例在第二传送带10的下方还布置有次品收纳箱11，用于收集从第二传送带10上丢弃下来的不合格产品。
第二传送带10为回转传送带，其包括电机13、与所述电机13相连的主动辊20、与主动辊20平行布置的从动辊21、缠绕在主动辊20和从动辊21上的回转皮带14。本例中，所述电机13是通过套轴16与主动辊20相连的，连接处用螺丝17固定。电机13自带减速器，其转动速度可调。
所述第二传送带翻转机构的具体结构如下：它包括U字型的支架19以及与该支架1固定连接的舵机15，所述U字型的支架19由平行分布的两条侧臂以及垂直连接在这两条侧壁之间的底臂构成。上述的主动辊20可旋转地套设在其中一条侧臂上，且内部有三个轴承18进行支撑。上述的从动辊21可旋转地套设在另外一条侧臂上，且内部也有三个轴承18进行支撑。也就是说，上的主动辊20和从动辊21均通过轴承18分别旋转连接在支架19的两条侧臂上。舵机15与所述控制器6相连，其动作受控制器6控制。本例中该舵机15为大扭矩的合金材料舵机，其型号为KST 525M，8.4V直流驱动，其响应速度很快，能够在0.1秒以内完成一次操作。使用时，舵机15能够带动支架19转动一定角度，从而使第二传送带10的前端向上翻转一定角度(如图1)，这样从第一传送带1传输过来的LED封装精密支架5就不能顺利进入第二传送带10，而从第一传送带1后端掉落至次品收纳箱11中。
为减轻舵机15的负载，所述支架19采用中空的铝合金支架，所述主动辊20、被动辊21、及其轴承18均为塑料材质，整个结构不算上电机13和舵机15重量不超过300克。选用塑料轴承替代金属轴承有助于减小舵机15负载，提高舵机的响应速度。
为了方便上述各部件的安装布置，该系统还配置有一个机架41，上述的第一传送带1、第二传送带10、第三传送带40、相机2、光电式抓拍触发器3、光 电式丢弃触发器8、控制器6和条形光源4均安装在该机架41上。
所述第三传送带40也为回转传送带，其用于将检测合格的LED封装精密支架5输送至合格品收集单元。
再参照图1～图7所示，现将本实施例这种检测系统的工作原理介绍如下：
待检测的LED封装精密支架5由第一传送带1带动经过相机2下方，与其处于同一平面的光电式抓拍触发器3在接收到反射光变化以后产生一个触发信号，经过信号线被控制器6接收。控制器6接收后对触发信号进行计数，并转发该信号以控制相机2抓拍，同时还将当前计数值发送给工控机12。工控机12接收相机2当前抓拍的图像，进行检测后将结果和对应的计数值打包后反馈给控制器6。控制器6对结果进行解析后，如果发现该LED封装精密支架5上在质量问题，则控制器6控制第二传送带10的舵机15动作而向下丢弃该次品，丢弃的次品进入次品收纳箱11收集起来。具体为：
光电式丢弃触发器8位于第一传送带1的后端并靠近第二传送带10，在控制器6记录到丢弃触发器8所在位置出现要丢弃的LED封装精密支架5时，控制器6就控制舵机15快速旋转30度，从而带动支架19翻转30度，进而使第二传送带10倾斜30度，LED封装精密支架5在重力作用下，从倾斜的第二传送带10上向下滑落至次品收纳箱11中。此时控制器6记录当前位置，并控制舵机15在传送带移动一个LED封装精密支架距离后放下第二传送带10。位置的确定和偏移的计算通过光电编码器7的编码脉冲得到。
舵机15动作带动第二传送带10前端向上翻转30度，并且需要丢弃的LED封装精密支架5从第一传送带1末端(即后端)向下掉落下去之后，舵机15再带动第二传送带10快速回位，回复到水平状态。
在工作过程中，如果控制器6对结果进行解析后，发现该LED封装精密支架5上并不存在质量问题，则舵机15不动作，LED封装精密支架5由第一传送带1向后输送给第二传送带20，再由第二传送带20向后输送给第三传送带40。
本例中，所述控制器6的组成结构如图7所示，图中未给出电源和FPGA Flash部分结构。从图中可知，控制器6主要实现的功能就是前端多种数字信号的接收、网络通信和控制信号的输出。由于触发器、编码器和输出的控制信号电压各不相同，而FPGA 38的IO电压为3.3V，因此使用第一光电隔离芯片31、第二光电隔离芯片32和第三光电隔离芯片37进行隔离，芯片型号为较常见的TLP521，为电流驱动。输入端31的两个触发器占用两路隔离，编码器输出ABZ三相分别占用一路，因此选用一片TLP521-2和一片TLP521-4实现。输出端有第二光电隔离芯片32和第三光电隔离芯片37共两个电隔离芯片，分别用于控制抓拍和驱动舵机15。由于第三光电隔离芯片37的位置有驱动舵机15的电源，为了防止干扰，两部分设计时独立开，因此各使用一片TLP521-1实现。网络模块36主要由三个器件组成：88E1111物理层协议芯片33、H5007NL隔离变压器34和RJ45以太网接口35。88E1111物理层协议芯片33直接与FPGA 38相连，H5007NL隔离变压器34负责衔接RJ45以太网接口35和88E1111物理层协议芯片33，负责电压转换。
为实现上述控制器6的功能，FPGA38的程序按照图6所示进行设计。图中附图标记22和23为两个计数单元，分别为第一计数单元22和第二计数单元23，将外部触发信号作为计数模块计数器计数时钟，计数结果输出到主控模块27。其中，第一计数单元22记录的是相机端的信号，因此需要将控制信号转发出去。附图标记25为数据包打包模块，其将主控模块27的数据和命令按照规定格式进行打包，然后交给UDP协议栈26进行发送。从网络上接收到的数据包有两类：配置信息和检测结果，命令解析模块29负责对命令进行解析，若收到配置信息，则主控模块27进行系统参数配置；若为检测结果，则判断是否是次品，并获取次品的计数值。丢弃过程分为两步：第一步为检测到丢弃的次品在光电式丢弃触发器8位置处时控制舵机15旋转30度；第二步为根据设置的偏移量，在丢弃次品后立刻使舵机15归位，实际运动的距离通过计米单元24获得，而 控制信号由丢弃控制模块30发出。
控制器6使用FPGA作为控制核心，各处理单元并行执行，使用光电隔离芯片与不同种电压的信号之间实现衔接。集合了信号采集、网络传输和前端控制功能，使系统结构更简单，并且在工控机端省略了信号采集板卡，节约成本。
当然，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种LED封装精密支架外观质量的光学检测系统，其特征在于该系统包括：
用于自前向后输送被检测的LED封装精密支架(5)的第一传送带(1)，该第一传送带(1)是由辊轮(39)驱动的回转传送带，
安装在所述辊轮(39)上、并能随该辊轮(39)一起转动的光电编码器(7)，
设于所述第一传送带(1)后端、以接收第一传送带(1)输送过来的LED封装精密支架(5)、并将该LED封装精密支架(5)自前向后输送出去的第二传送带(10)，所述第二传送带(10)上设置有能够带动该第二传送带(10)的前端向上翻转、从而使第一传送带(1)输送过来的不合格的LED封装精密支架(5)无法进入该第二传送带(10)并向下掉落出去的第二传送带翻转机构，
设于所述第二传送带(10)下方的次品收纳箱(11)，
设于所述第二传送带(10)后端、以接收第二传送带(10)输送过来的LED封装精密支架(5)、并将该LED封装精密支架(5)自前向后输送出去的第三传送带(40)，
设于所述第一传送带(1)上方的相机(2)、光电式抓拍触发器(3)和光电式丢弃触发器(8)，其中光电式抓拍触发器(3)位于相机(2)附近，光电式丢弃触发器(8)位于第一传送带(1)后端，
控制器(6)，以及
工控机(12)；
所述光电编码器(7)、光电式抓拍触发器(3)、光电式丢弃触发器(8)以及第二传送带翻转机构均与所述控制器(6)相连，所述相机(2)、控制器(6)和工控机(12)之间通过以太网(9)相连。
2.根据权利要求1所述的LED封装精密支架外观质量光学检测系统，其特征在于：所述第一传送带(1)上方还设置有位于所述相机(2)附近的条形光源(4)。
3.根据权利要求2所述的LED封装精密支架外观质量光学检测系统，其特征在于：还包括一机架(41)，所述第一传送带(1)、第二传送带(10)、第三传送带(40)、相机(2)、光电式抓拍触发器(3)、光电式丢弃触发器(8)、控制器(6)和条形光源(4)均安装在该机架(41)上。
4.根据权利要求1或2或3所述的LED封装精密支架外观质量光学检测系统，其特征在于：所述光电式抓拍触发器(3)和光电式丢弃触发器(8)均为激光漫反射型光电触发器。
5.根据权利要求1或2或3所述的LED封装精密支架外观质量光学检测系统，其特征在于：所述第二传送带(10)为回转传送带，其包括电机(13)、与所述电机(13)相连的主动辊(20)、与主动辊(20)平行布置的从动辊(21)、缠绕在主动辊(20)和从动辊(21)上的回转皮带(14)。
6.根据权利要求5所述的LED封装精密支架外观质量光学检测系统，其特征在于：所述第二传送带翻转机构包括U字型的支架(19)以及与该支架(19)固定连接的舵机(15)，所述U字型的支架(19)由平行分布的两条侧臂以及垂直连接在这两条侧壁之间的底臂构成，所述主动辊(20)和从动辊(21)均通过轴承(18)分别旋转连接在所述的两条侧臂上，所述舵机(15)与所述控制器(6)相连。
7.根据权利要求6所述的LED封装精密支架外观质量光学检测系统，其特征在于：所述支架(19)为中空的铝合金支架，所述主动辊(20)和从动辊(21)为塑料材质。
8.根据权利要求1所述的LED封装精密支架外观质量光学检测系统，其特征在于：所述相机为CCD相机。
9.根据权利要求1所述的LED封装精密支架外观质量光学检测系统，其特征在于：所述第三传送带(40)为回转传送带。
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