CN202253157U - 一种适用于玻璃瓶大面积led背光源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于玻璃瓶大面积LED背光源装置，由第一层导光板、第二层LED灯PCB板、第三层排风装置、第四层散热金属板组成，导光板铺设有光学薄膜，LED灯PCB板的每个发光单元由10行红、绿、蓝三色LED有序配置排列在一起，LED驱动采用多颗LED串并联分区域驱动的方式。本实用新型能够提高图像质量和效果，安全性和稳定性好。

Description

一种适用于玻璃瓶大面积LED背光源装置

技术领域

本实用新型涉及一种照明技术，尤其是涉及一种适用于玻璃瓶大面积LED背光源装置，适用于跟机器视觉有关透明玻璃瓶和半透明玻璃瓶的在线检测等产品。

背景技术

机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断，通过成像器件（即图像摄取装置，分CMOS和CCD两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。如今，机器视觉已成为现代先进制造业中一种不可或缺的、重要的技术。光源照明模块作为目标物体的照明源，在很大程度上影响了成像器件拍摄照片的亮度和颜色信息，是机器视觉应用的关键部分，在很大程度上能够直接影响图像的质量和应用效果。机器识别的照明光源主要有荧光灯、卤素灯和发光二极管，荧光灯亮度和稳定性差，而卤素灯价格昂贵，使用寿命太短，从性能和成本方面考虑，目前发光二极管（LED）是机器视觉系统最理想的光源。LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种新型固态冷光源，以其高能效，低工作电压，快速的响应速度，节能环保，使用寿命长和体积小重量轻等特点被广泛应用于各种场合。尤其是其高光效、节能环保的特点使得LED照明比起普通的白炽灯和荧光灯具有明显的优势。目前，LED最广泛的应用是作为电视、手机以及一些光电装置的背光源，常见的背光方式有侧光式和直下式两种。LED是一种电致发光的半导体元件，LED的电路连接方式直接决定了背光模组的稳定性和可靠性。

从国家知识产权局专利数据库检索得知，申请号为200910031282的专利“基于LED的软胶囊在线检测光源系统”，是用于胶囊在线检测的LED背光光源装置，该装置采用直下式的背光方式，光源的形状为小型平板式，LED光源在底部照明胶囊，用CCD相机拍摄胶囊的图像传输进入计算机处理，获得胶囊的信息反馈。这个光源装置虽然小巧，但是检测功能单一，只有一种颜色的光，不能同时检测胶囊的多种信息；驱动电路简单，效率不高；没有良好的散热装置。申请号为200520047810.9的专利“电子设备上超薄导光型LED背光源装置”，是一种用于电子设备上的背光光源装置，由光亮度LED群组组成，外加反射膜作为均匀LED照明光的作用，是一种超薄导光型的LED光源装置，本专利表面一致性虽然挺高，但是结构复杂，所获得的图像轮廓较为模糊，另外也没有有效地散热装置，所用的散射膜造价昂贵。

发明内容

本实用新型的目的是：提供一种能够提高图像质量和效果的适用于玻璃瓶大面积LED背光源装置。

本实用新型的技术方案是：由LED背光源部分和光源散热系统组成， LED背光源部分由第一层的导光板和第二层的LED灯PCB板组成，光源散热系统由第三层的排风装置和第四层的散热金属板组成；导光板是在聚甲基丙烯酸甲酯薄板上铺设反射膜，在反射膜上面铺设散射膜与增亮膜；LED灯PCB板由若干个发光单元组成，每个发光单元由10行红、绿、蓝三色LED有序配置排列在一起，红光LED驱动采用12个一组串联、每个组之间并联连接，蓝光LED和绿光LED驱动分别采用8个一组串联、每个组之间并联连接；排风装置由若干个风扇串并联组成，风扇固定在散热金属板上，散热金属板上具有若干个散热小孔。

上述每个发光单元第一行是蓝光LED和红光LED交替排列，第二行是红光LED和绿光LED交替排列，以下的奇数行同第一行布置一样，偶数行同第二行布置一样。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用一种特殊的LED驱动方式，实现了LED灯的有序排列，简化了布线方式，降低了驱动电压及功耗。红绿蓝三色LED颗粒相间均匀分布，每种颜色单独控制，实现多种颜色及亮度的方便快捷切换。LED灯PCB板采用单元模块拼接的方式，可以根据被检测产品的体积大小，任意改变整个背光源的面积，从而适应了多种应用场合的要求。通过加入风扇和散热金属板来控制温度，风扇也采用独特的连接方式，可以根据LED灯PCB板的大小调整风扇个数，实现有效散热，提高了系统的安全性和稳定性。导光板铺设有光学薄膜，提高了光源发光的使用效率，并使LED灯发出的光更加均匀，便于清晰地成像。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2本实用新型中 LED的驱动方式图；

图3本实用新型中风扇的连接方式图。

具体实施方式

机器视觉系统的其工作原理是：背光源提供照明光，经过目标物体的散射，经过镜头进入相机，目标的图像聚集在二维CCD感光元件上，图像的模拟信号从CCD送入控制器，经A/D转换后，利用数字信号进行处理，获得目标物体的信息，达到检测的目的。

从图1所示本实用新型的结构示意图可以看出，本实用新型背光源装置包括四层，上面两层是LED背光源部分，下面两层是光源散热系统。

本实用新型第一层是一块铺设有光学薄膜的导光板1，导光板1由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）做成，底层铺设反射膜，上面铺设散射膜与增亮膜。LED发出的光是朗伯体分布的，光强度分布很不均匀，如果直接应用作为机器视觉的光源，那么利用CCD相机拍摄到得照片就与真实的目标有出入，导致无法准确识别，利用这一层铺设有光学薄膜的导光板，提高了光源发光的使用效率，并使得LED发出的光均匀化，便于CCD拍照进行识别。

本实用新型第二层是LED灯PCB板2，是在一层PCB板上面均匀排列的直插式的LED，通过绘制PCB板连接LED的管脚，设计LED的连接方式。LED的驱动方式采用如图2所示，采用多颗LED串并联分区域驱动的方式。其中红光LED采用12个一组串联，每个组之间并联的连接方式，蓝光和绿光LED采用8个一组串联，每个组之间并联的连接方式。本实用新型将红绿蓝三原色LED组织在一起，第一行是蓝光LED和红光LED交替排列，第一颗是蓝光LED，第二颗是红光LED，第三颗又是蓝光LED,第四颗是红光LED,这样每四组红光LED灯与六组蓝光LED灯依次等距离的相间排列组成第一行。第二行第一颗是红光LED，第二颗是绿光LED，第三颗又是红光LED,第四颗是绿光LED，这样每四组红光LED灯与六组绿光LED灯依次等距离的相间排列组成第二行。以下的奇数行同第一行布置一样，偶数行同第二行布置一样。本实用新型的设计中，每十行组成一个LED灯PCB板的发光单元，任意个数的发光单元（根据被检测物体生产线要求而定）组成一块平面型的LED光源，LED灯PCB板的发光单元端口给每种颜色的LED并联后分别留一个正极和一个地的接口，以便于进行单元拼接和连接光源控制器，由光源控制器输出12V—24V直流供电。将红绿蓝三原色的光源集中体现在一块板上，根据改变三色光源的比例可以得到任何一种颜色的光。本实用新型中提出的LED灯PCB板的发光单元的设计，具有重要的意义，可以根据被检测产品的体积大小，任意改变整个背光源的面积，从而适应了多种应用场合的要求。本实用新型应用于啤酒瓶的在线检测，因此根据其生产线的要求，选用八个之上所述的LED灯PCB板的发光单元拼接成一整块背光源，可以根据瓶子的大小，改变发光单元的个数，改变发光面积的大小。

本实用新型第三层是排风装置，LED虽然光效较高，但是多颗LED紧密排列于PCB板上的时候，所发出的热量也很可观，如果不加散热装置，这些热量就无法很快扩散，导致LED高温工作，致使LED寿命降低甚至损坏，我们在LED所在的PCB板下面加风扇，通过空气传导使得热量很快扩散，提高了光源的寿命和稳定性。排风装置由若干个风扇3串并联组成，风扇3连接方式根据LED灯PCB板的发光单元拼接模式而设计，如图3所示，三个风扇串联为一个风扇单元，串联之后再并联，并联的风扇单元个数根据LED灯PCB板的发光单元个数而定，每四个LED灯PCB板的发光单元对应一个风扇单元，风扇的个数与发光面积成正比。风扇采用12V—24V直流供电，可以与LED光源模块共用一个光源控制器输出的电压与电流。

本实用新型第四层是散热金属板4，风扇3均匀地固定在该金属板上，在金属板上均匀地挖出一些小孔，由于金属板导热很快，所以风扇吹出的热量很快由金属板吸收，并由风扇的风排到外界，金属板表层涂一层绝缘漆，确保电路部分不会因为接触金属板而导致短路。

本实用新型的上述结构形式具有显著的优势和效果：

(1)LED串并联混联的连接方式有很大的优点，一方面串联连接，可以通过调节电压大小，改变流过LED颗粒的电流大小，从而改变LED的亮度，方便快捷；另一方面串联后的并联连接，可以使并联的每一路可以单独工作，有一颗LED损坏不会影响其他路的LED正常工作，不会造成光源大面积无法点亮的现象。

(2)光源PCB板上将红、蓝、绿三原色光源相间均匀分布，通过光源控制器选通不同通道或调节电流，可以方便快捷的实现不同颜色、不同强度的背景光之间的切换，方便应用。

(3)本实用新型中提出的LED灯PCB板的发光单元的拼接设计，具有重要的意义，可以根据被检测产品的体积大小，任意改变整个背光源的面积，从而适应了多种应用场合的要求。

(4)根据LED灯PCB板的发光单元拼接模式而设计风扇连接方式，实现了有效散热，提高了LED光源的寿命和稳定性。

(5)采用的LED驱动方式，LED管脚接线由PCB板绘制，风扇和LED光源共用一个稳压电源，使得光源模块结构紧凑。

(6)在光源前面加入一块铺设有光学薄膜的导光板，提高了光源发光的使用效率，并使LED灯发出的光更加均匀，便于清晰地成像。

Claims (3)

1.一种适用于玻璃瓶大面积LED背光源装置，由LED背光源部分和光源散热系统组成，其特征是：所述LED背光源部分由第一层的导光板（1）和第二层的LED灯PCB板（2）组成，光源散热系统由第三层的排风装置和第四层的散热金属板（4）组成；所述导光板（1）是在聚甲基丙烯酸甲酯薄板上铺设反射膜，在反射膜上面铺设散射膜与增亮膜；所述LED灯PCB板（2）由若干个发光单元组成，每个发光单元由10行红、绿、蓝三色LED有序配置排列在一起，红光LED驱动采用12个一组串联、每个组之间并联连接，蓝光LED和绿光LED驱动分别采用8个一组串联、每个组之间并联连接；所述排风装置由若干个风扇（3）串并联组成，风扇（3）固定在散热金属板（4）上，散热金属板（4）上具有若干个散热小孔。

2.根据权利要求1所述的适用于玻璃瓶大面积LED背光源装置，其特征是：每个发光单元第一行是蓝光LED和红光LED交替排列，第二行是红光LED和绿光LED交替排列，以下的奇数行同第一行布置一样，偶数行同第二行布置一样。

3.根据权利要求1所述的适用于玻璃瓶大面积LED背光源装置，其特征是：所述排风装置由三个风扇串联为一个风扇单元，若干个风扇单元并联连接，风扇的个数与发光面积成正比。

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