CN209766366U - 三基色rgb-led全自动荧光粉胶高速智能涂覆设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三基色RGB‑LED全自动荧光粉胶高速智能涂覆设备，包括下位机和上位机控制系统，下位机包括机架、荧光粉胶上料机构、传送机构、涂覆运动模块、荧光粉胶测厚机构、下位机控制器，荧光粉胶上料机构利用气压将混合好的荧光粉胶压入涂覆运动模块中的喷头，传送机构将芯片阵列传送并固定在涂覆位置，涂覆运动模块上的喷头对涂覆位置处的芯片进行涂覆，荧光粉胶测厚机构检测当前芯片阵列涂覆厚度，下位机控制器与上位机控制系统相连。本实用新型设备自动化程度高，具有涂覆反馈控制以及在线整定控制参数的功能，可实现对荧光粉胶涂覆厚度高精度控制的目的，有效地提高RGB‑LED的涂覆精度以及涂覆效率。

Description

三基色RGB-LED全自动荧光粉胶高速智能涂覆设备

技术领域

本实用新型涉及LED荧光粉胶自动涂覆技术领域，具体涉及一种三基色RGB-LED全自动荧光粉胶高速智能涂覆设备。

背景技术

发光二极管(LED)是一种新型半导体全固态照明光源。与传统照明技术相比，这种新型光源具有高效节能、寿命长、体积小、绿色环保、使用安全等明显优势，被公认为是未来照明光源之首选。目前大英寸的液晶显示器已经广泛地应用于电视机与电脑显示屏，它们的背光源依然采用传统的冷阴极荧光管(Cold Cathode Fluorescent Lamp,CCFL)，其包含了红、绿、蓝灯各色光的频率。就使用寿命长短方面，冷阴极荧光管大约3万小时的使用寿命能够满足人们日常的照明需求。另外，冷阴极荧光管具有辉度高、成本低廉、技术成熟等优点，但其光源色彩表现能力不足，远小于NTSC标准。

随着发光二极管亮度的改善，LED背光模组显示出冷阴极荧光管无法比拟的优点，比如色彩还原性高、寿命长、对环境友好等，使其成为LCD背光模组中的研究热点。其中带有RGB-LED背光的LCD显示器面板可以实现出色的色彩还原，加强了观看体验。跟一般的冷阴极荧光管不同，RGB-LED扩展了可视色彩的范围。CCFL覆盖了NTSC色域约为80％，而RGB-LED可以覆盖NTSC色域高达110％，实现了更精确的图像还原。

RGB-LED不单改善了色域，还提高了效率。因为RGB-LED只发出所需的光能，即红色、绿色和蓝色，宽带光源(如白光LED和CCFL)具有相对较多的多余色彩，损害了色域，因而导致效率降低。除此之外，RGB-LED可以单独驱动各个色彩，所以可以校正白点或者合成色温，而CCFL和白光LED则具有固定的白点。

基于RGB-LED的种种优势，为了满足市场趋势，现已有研究人员进行RGB-LED的荧光粉胶涂覆设备和方法的研究，但由于待涂覆芯片的规格多种多样，对涂覆厚度等参数有较高要求，尚没有一种能够全自动化的涂覆设备出现。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对RGB-LED涂覆厚度难以控制、自动化生产效率低等问题，提供一种三基色RGB-LED全自动荧光粉胶高速智能涂覆设备。涂覆设备可实现流量监控、智能微涂覆、厚度检测及反馈、在线整定参数等功能，改善涂覆效果，既可以独立运行完成生产任务，也可以与连接生产线其他工序完善流水线工作，提高涂覆生产效率。涂覆设备包括下位机和上位机控制系统两部分，上、下位机通过串口通信实时传输数据，形成针对荧光粉胶流量的闭环控制子系统和针对涂覆厚度的闭环控制子系统，实现荧光粉胶涂覆智能性和精度。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：三基色RGB-LED全自动荧光粉胶高速智能涂覆设备，包括下位机和上位机控制系统，下位机包括机架、荧光粉胶上料机构、传送机构、涂覆运动模块、荧光粉胶测厚机构、下位机控制器，荧光粉胶上料机构利用气压将混合好的荧光粉胶压入涂覆运动模块中的喷头，传送机构将芯片阵列传送并固定在涂覆位置，涂覆运动模块上的喷头对涂覆位置处的芯片进行涂覆，荧光粉胶测厚机构检测当前芯片阵列涂覆厚度，下位机控制器与上位机控制系统相连。本实用新型所述涂覆设备自动化程度高，可实现对荧光粉胶涂覆厚度高精度控制的目的，有效地提高RGB-LED的涂覆精度以及涂覆效率。

优选的，所述荧光粉胶上料机构包括气压调节阀、进料气压管道、搅拌电机、搅拌扇叶、传输管道、流量传感器和3个料筒，3个料筒中分别装有红、绿、蓝三基色的荧光粉胶，气压调节阀设置在进料气压管道上，由一驱动器驱动，进料气压管道一端与气泵连接，另一端伸入料筒内，搅拌电机驱动搅拌扇叶在料筒内转动，传输管道将3个料筒中的荧光粉胶分别输送到涂覆运动模块中喷头的入口端，流量传感器检测单位时间内进入传输管道内的荧光粉胶流量，与下位机控制器连接。

更进一步的，每个所述料筒顶部设有一出气阀。该出气阀用于排出不锈钢料筒内的剩余气压，避免因料筒内气压过高导致打开料筒时发生爆炸危险。

更进一步的，所述搅拌扇叶呈滚筒状。使荧光粉胶搅拌均匀，减少荧光粉沉淀。

优选的，所述传送机构位于机架上方，包括固定导轨、活动挡板、传送皮带、皮带驱动电机、位移传感器、主挡块、上推装置、边夹装置，固定导轨固定安装在设备底座上，活动挡板垂直于固定导轨，活动挡板之间的间距可调，待涂覆芯片经传送皮带传送到预设的涂覆位置，传送皮带由皮带驱动电机驱动，位移传感器检测芯片是否到达指定涂覆位置；主挡块和设置在涂覆位置的一侧，其升降由一电磁阀控制，上推装置位于涂覆位置的下方，其升降由下位机控制器控制，涂覆时，上推装置升起以使待涂覆芯片达到或超过活动挡板顶部，边夹装置位于活动挡板上，沿着垂直于活动挡板的方向将芯片固定在涂覆位置上。

更进一步的，所述传送机构包括入口挡块，入口挡块设置在芯片传送方向的输入端。入口挡块的作用有两点：一是避免影响已经进入涂覆工作位置上的芯片阵列的正常涂覆，二是在前一块芯片阵列涂覆完成送出后能够让位于等待位置的芯片阵列在较短时间内送到涂覆工作位置，减少芯片阵列转换时间，提高生产效率。

优选的，所述涂覆运动模块位于传送机构上部，包括XYZ运动机构、喷头驱动电机、若干个第一限位传感器和若干套喷头装置，喷头装置固定在XYZ运动机构上以实现三维移动，XYZ运动机构由喷头驱动电机驱动，第一限位传感器设置在XYZ运动机构边界位置；每套喷头装置装有3个喷嘴，3个喷嘴互为60°角，3个喷嘴分别通过传输管道与3个料筒连接，喷嘴通过圆形旋转片连接到R运动轴上以实现各种角度的旋转。

优选的，所述荧光粉胶测厚机构包括激光检测装置、平行滑杆、X方向运动轴、第二限位传感器以及激光检测驱动电机，激光检测装置与下位机控制器相连，下端固定在平行滑杆上，平行滑杆固定在X方向运动轴上，激光检测驱动电机在下位机控制器控制下驱动激光检测装置沿平行滑杆移动至待检测位置，第二限位传感器设置在平行滑杆的两端。第二限位传感器用于限制激光检测装置的运动范围。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本实用新型所提出的三基色RGB-LED阵列全自动荧光粉胶高速智能涂覆设备，以RGB-LED芯片阵列作为涂覆对象，允许不同尺寸规格芯片阵列涂覆，允许用户自定义规划涂覆路径，满足多样化的生产需求；实现对荧光粉胶涂覆厚度闭环控制，提高荧光粉胶涂覆智能性和精度；

(2)自动化程度高，改变了目前业界普遍的生产操作方式。整个系统集微喷涂工艺与智能控制于一体，实现晶圆或芯片模组自动上下料、智能微涂覆、厚度检测及反馈、在线整定参数的功能，改善涂覆效果，其中厚度检测模块具有大范围LED涂覆厚度检测和涂覆反馈控制功能，实现对荧光粉胶厚度的高精度控制。该设备既可以独立运行完成生产任务，也可以与连接生产线其他工序完善流水线工作，提高涂覆生产效率。

(3)本实用新型荧光粉胶上料机构利用外界进料气压将混合好的荧光粉胶压入喷头，该机构内通过流量闭环控制子系统实现对传输管道内荧光粉胶流量的精确控制，避免因进料气压不稳定影响涂覆效果。

(4)本实用新型传送机构用于传送芯片阵列与固定，利用皮带传动将芯片阵列传送至涂覆位置，利用上推装置将芯片阵列上推至活动挡板顶部并用边夹装置固定。当芯片阵列涂覆操作完成后，边夹装置松开，上推装置将芯片阵列下移至皮带上传输至出料口或下一道工序。

(5)本实用新型涂覆运动模块可装有多套喷头装置，每套喷头装置有3个喷嘴，分别用来涂覆红、绿、蓝三基色荧光粉胶。两套装置间间距可调，提高涂覆效率。涂覆运动模块可实现自定义规划多种涂覆路径并保存路径参数，满足不同尺寸规格芯片阵列的涂覆需求。

(6)本实用新型荧光粉胶测厚机构用于检测芯片阵列涂覆厚度效果，将厚度检测结果应用到厚度闭环控制子系统中，为在线整定控制参数提供数据，提高了涂覆的智能性和精度。

附图说明

图1是本实施例中荧光粉胶上料机构示意图。

图2是本实施例中传送机构俯瞰图。

图3是本实施例控制方法的流程图。

具体实施方式

以上内容已经对本实用新型作了充分的说明，为了对本实用新型的技术特征和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

本实用新型所述的三基色RGB-LED阵列全自动荧光粉胶高速智能涂覆设备包括下位机和上位机控制系统。下位机硬件结构包括机架、荧光粉胶上料机构、传送机构、涂覆运动模块、荧光粉胶测厚机构、下位机控制器。下位机控制器位于机架下部，下位机控制器与上位机控制系统通过串口方式实现数据实时通讯，通过控制卡将控制程序下发到各个电机，负责控制各机构和系统正常工作。荧光粉胶上料机构位于机架左侧，利用外界进料气压将混合好的荧光粉胶压入喷头，机构内通过流量闭环控制子系统实现对传输管道内荧光粉胶流量的精确控制。机架上部包括传送机构、涂覆运动模块、荧光粉胶测厚机构。

如图1所示，所述荧光粉胶上料机构包括不锈钢料筒1、搅拌扇叶2、搅拌电机3、抗腐蚀流量传感器、气压调节阀4、驱动器5、进料气压管道6及圆形传输管道7。不锈钢料筒1用于盛装混合好的荧光粉胶流体，3个不锈钢料筒分别装有红、绿、蓝三基色的荧光粉胶，3条圆形传输管道7分别连接涂覆运动模块中相应喷嘴的流体入口处；进料气压管道6用于外接高压空气，驱动荧光粉胶进入圆形传输管道7，下位机控制器通过控制气压调节阀4的开度控制实际进料气压大小，圆形传输管道7用于传输荧光粉胶，它连接不锈钢料筒1出料口和喷头流体入口，搅拌扇叶2及搅拌电机3用于搅拌荧光粉胶，减少荧光粉沉淀；出气阀位于料筒顶部，用于排出不锈钢料筒内的剩余气压，避免因料筒内气压过高导致打开料筒时发生爆炸；抗腐蚀流量传感器安装在圆形传输管道7上。流量传感器、气压调节阀以及下位机控制器构成流量闭环子系统，下位机控制器采用基于BP神经网络的PID控制算法控制单位时间内进入圆形传输管道的荧光粉胶流量恒定，从而控制喷嘴涂覆量稳定。搅拌电机驱动搅拌扇叶工作，搅拌扇叶呈滚筒状，使荧光粉胶搅拌均匀，减少荧光粉沉淀。

如图2所示，所述传送机构位于机架上方，用于传送芯片阵列与固定，包括活动挡板8、固定导轨9、传送皮带10、皮带驱动电机、位移传感器、主挡块11、入口挡块12、上推装置13、边夹装置。固定导轨8固定安装在设备底座上，活动挡板8垂直于固定导轨9，其间距宽度可根据用户输入的芯片阵列宽度(单位为毫米)调整，以适应不同尺寸规格的芯片阵列；主挡块11通过电磁阀的动作升起，使芯片阵列停止在涂覆工作位置；上推装置13位于导轨之间，但略低于导轨平面。当主挡块11升起时，下位机控制器控制上推装置13将芯片阵列上推至活动挡板8顶部；边夹装置位于活动挡板8上，它可以沿着垂直于导轨的方向将芯片阵列固定在涂覆工作位置上；入口挡块12将已进入设备的芯片阵列停止在涂覆操作等待位置，其位置可根据实际需要进行调整，但入口挡块12与主挡块11之间的距离必须小于芯片阵列的长度。当皮带驱动电机驱动传送皮带10工作时，位移传感器检测芯片阵列是否到达涂覆工作位置。若是，主挡块11升起，入口挡块12升起，上推装置13将芯片阵列上推至固定导轨顶部，边夹装置将其固定。待涂覆操作完成后，边夹装置松开，上推装置13将芯片阵列下移至传送皮带10上，主挡块11和入口挡块12下降。

本实施例中，所述涂覆运动模块位于传送机构上部，包括喷头装置、XYZ运动机构、喷头驱动电机、若干个第一限位传感器。本实施例包括2套喷头装置。每套喷头装置装有3个喷嘴、1个圆形旋转片，初始状态3个喷嘴互为60°角。所有喷嘴通过圆形旋转片连接到R运动轴上，可实现各种角度的旋转。用户可通过更换圆形旋转片改变各个喷嘴间的间距。两套喷头装置的间距可根据用户输入的芯片阵列参数自动调整，两套喷头装置的运动模式相同。执行涂覆操作前，用户需手动输入或调用芯片阵列相关参数，包括长度、宽度、各芯片间距和角度值等。下位机控制器根据参数值调整设备工作状态。当涂覆操作开始时，每套喷头装置一次涂覆一个RGB-LED，两套喷头装置同步涂覆。单个RGB-LED涂覆完成后，下位机控制器控制XY运动轴将喷头装置移动至下一个RGB-LED位置。喷嘴运动轨迹和运动方式由下位机控制器控制，控制器(如固高GTS系列运动控制器)可实现自定义规划多种涂覆路径，用户可以根据芯片阵列设置或选择相应涂覆路径和涂覆方式。

本实施例中，所述荧光粉胶测厚机构包括激光检测装置、平行滑杆、X方向运动轴、第二限位传感器以及激光检测驱动电机。激光检测装置位于机架后半部、传送机构上部，滑杆位于机架两侧。当上位机下发检测操作指令时，涂覆运动模块上移至其Z轴原点，下位机控制器控制激光检测驱动电机带动滑杆上的激光检测装置移动至芯片阵列上方待检测位置。第二限位传感器起限制激光检测装置运动范围的作用。所述荧光粉胶测厚机构采用激光检测法检测单色荧光粉胶，即测厚时分别对三种颜色荧光粉胶涂覆效果进行单独检测。激光检测装置将扫描获得的各涂覆点厚度值反馈至上位机控制系统，上位机控制系统根据实际厚度值与期望厚度值的偏差进行在线整定控制参数，并作用于涂覆运动过程中，达到对荧光粉胶厚度精确控制的目的。

本实施例中，上位机控制系统提供智能微涂覆控制，负责获取并处理涂覆参数，下发操作指令控制下位机各机构。用户通过上位机人机交互界面设定各种涂覆参数，包括芯片阵列相关参数、期望涂覆厚度值、最大允许误差、涂覆运动参数等；上位机将用户参数、涂覆订单参数及操作日志等数据存储与本地数据库中，避免数据丢失，减少操作成本；上位机根据下位机反馈的实际涂覆厚度值及实际偏差在线整定控制参数，实现对涂覆厚度的精确控制；上、下位机之间通过串口通信方式实现数据通信。

如图3所示，本实施例三基色RGB-LED阵列全自动荧光粉胶高速智能涂覆设备的控制方法，具体包括以下步骤：

(1)启动三基色RGB-LED阵列全自动荧光粉胶高速智能涂覆设备，设备自动复位，各运动轴恢复至原点；

(2)将混合好的荧光粉胶倒入不锈钢料筒中，在上位机中打开搅拌电机充分搅拌荧光粉与AB胶，并设置一定的搅拌时间使其搅拌充分，减少荧光粉沉淀；

(3)用户设定参数，涉及到的参数主要分为两大类，设备调整参数和涂覆运动参数。设备调整参数包括用户根据实际芯片阵列的长度和宽度设置喷头装置间距和活动挡板间距，根据阵列中各芯片间距和角度设置喷嘴间距和旋转角度，目的是确定初始涂覆工作状态；涂覆运动参数包括用户输入期望厚度值、搅拌时长、进料气压值、涂覆位置参数、涂覆路径参数等值控制涂覆运动过程。用户可通过两种方式设定参数，方式一是手动输入，方式二是通过人机交互界面调用历史涂覆记录中的相关参数；

(4)待步骤(3)设置完成后开始倒计搅拌时间，下位机控制器控制相应驱动电机调整活动挡板间距和喷头装置间距，以及喷嘴间距和角度，进入初始涂覆工作状态。待搅拌倒计时结束时，搅拌电机继续工作，传送皮带开始运转。位移传感器检测芯片阵列是否到达指定涂覆位置。若是，传送皮带停止，电磁阀驱动主挡块和入口挡块上升，上推装置将芯片阵列上推至活动挡板顶部，边夹装置将芯片阵列固定住；若否，传送皮带继续工作，主挡块和入口挡块保持原点位置；

(5)待步骤(4)完成后，下位机控制器控制涂覆运动模块的电机将喷头装置移动至芯片阵列的起始涂覆位置，根据用户设定的涂覆路径参数进行涂覆操作。每套喷头装置一次涂覆一个RGB-LED，两套喷头装置同步涂覆。单个RGB-LED涂覆完成后，下位机控制器控制XY运动轴将喷头装置移动至下一个RGB-LED位置，同时涂覆个数变量值加二。上位机判断当前涂覆个数变量值与芯片阵列所装有的芯片个数进行比较，若二值相等，则进入步骤(6)；若不等，重复步骤(5)；

(6)待步骤(5)完成后，涂覆运动模块上移至其Z轴原点。下位机通过串口通信向上位机发送涂覆完成信号，上位机判断是否结束单片涂覆操作或是进入测厚环节。若该组初始参数通过用户手动输入得来，则上位机向下位机下发检测指令，激光检测装置沿其X运动轴移动至检测位置，扫描获得各涂覆点的厚度，并反馈至上位机。上位机计算出芯片阵列表面荧光粉胶实际厚度值，并与设定的期望厚度值相比得出偏差值。若该偏差值小于设定的最大允许误差，则结束喷涂作业，进入步骤(7)；若偏差值大于最大允许误差，上位机在线整定计算出实际涂覆所需次数，并存入数据库中，根据所需补涂次数重复步骤(5)。若该组控制参数由用户直接调用历史涂覆记录得来，上位机下发结束指令，进入步骤(7)；

(7)待步骤(6)完成后，边夹装置松开，主挡块下降，上推装置将芯片阵列下移至传送皮带上，传输至出料口或下一道工序，入口挡块下降，进入下一块芯片阵列的涂覆操作。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.三基色RGB-LED全自动荧光粉胶高速智能涂覆设备，其特征在于，包括下位机和上位机控制系统，下位机包括机架、荧光粉胶上料机构、传送机构、涂覆运动模块、荧光粉胶测厚机构、下位机控制器，荧光粉胶上料机构利用气压将混合好的荧光粉胶压入涂覆运动模块中的喷头，传送机构将芯片阵列传送并固定在涂覆位置，涂覆运动模块上的喷头对涂覆位置处的芯片进行涂覆，荧光粉胶测厚机构检测当前芯片阵列涂覆厚度，下位机控制器与上位机控制系统相连；

所述荧光粉胶上料机构包括气压调节阀、进料气压管道、搅拌电机、搅拌扇叶、传输管道、流量传感器和3个料筒，3个料筒中分别装有红、绿、蓝三基色的荧光粉胶，气压调节阀设置在进料气压管道上，由一驱动器驱动，进料气压管道一端与气泵连接，另一端伸入料筒内，搅拌电机驱动搅拌扇叶在料筒内转动，传输管道将3个料筒中的荧光粉胶分别输送到涂覆运动模块中喷头的入口端，流量传感器检测单位时间内进入传输管道内的荧光粉胶流量，与下位机控制器连接；

所述涂覆运动模块位于传送机构上部，包括XYZ运动机构、喷头驱动电机、若干个第一限位传感器和若干套喷头装置，喷头装置固定在XYZ运动机构上以实现三维移动，XYZ运动机构由喷头驱动电机驱动，第一限位传感器设置在XYZ运动机构边界位置；每套喷头装置装有3个喷嘴，3个喷嘴互为60°角，3个喷嘴分别通过传输管道与3个料筒连接，喷嘴通过圆形旋转片连接到R运动轴上以实现各种角度的旋转；

所述荧光粉胶测厚机构包括激光检测装置、平行滑杆、X方向运动轴、第二限位传感器以及激光检测驱动电机，激光检测装置与下位机控制器相连，下端固定在平行滑杆上，平行滑杆固定在X方向运动轴上，激光检测驱动电机在下位机控制器控制下驱动激光检测装置沿平行滑杆移动至待检测位置，第二限位传感器设置在平行滑杆的两端。

2.根据权利要求1所述的三基色RGB-LED全自动荧光粉胶高速智能涂覆设备，其特征在于，每个所述料筒顶部设有一出气阀。

3.根据权利要求1所述的三基色RGB-LED全自动荧光粉胶高速智能涂覆设备，其特征在于，所述搅拌扇叶呈滚筒状。

4.根据权利要求1所述的三基色RGB-LED全自动荧光粉胶高速智能涂覆设备，其特征在于，所述传送机构位于机架上方，包括固定导轨、活动挡板、传送皮带、皮带驱动电机、位移传感器、主挡块、上推装置、边夹装置，固定导轨固定安装在设备底座上，活动挡板垂直于固定导轨，活动挡板之间的间距可调，待涂覆芯片经传送皮带传送到预设的涂覆位置，传送皮带由皮带驱动电机驱动，位移传感器检测芯片是否到达指定涂覆位置；主挡块和设置在涂覆位置的一侧，其升降由一电磁阀控制，上推装置位于涂覆位置的下方，其升降由下位机控制器控制，涂覆时，上推装置升起以使待涂覆芯片达到或超过活动挡板顶部，边夹装置位于活动挡板上，沿着垂直于活动挡板的方向将芯片固定在涂覆位置上。

5.根据权利要求4所述的三基色RGB-LED全自动荧光粉胶高速智能涂覆设备，其特征在于，所述传送机构包括入口挡块，入口挡块设置在芯片传送方向的输入端。