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拷问机器视觉LED光源
——机器视觉LED光源如何应对环境复杂的工业现场环境
作者姚鹏 文章来源中国视觉网 点击数:   更新时间:2007-10-25 16:07:38

    一个LED光源的生产过程基本划分为如下几个步骤:清洗、装架、压焊、封装(如直接购买以封装的LED颗粒则没有此过程)、焊接或者贴片、装配、切膜(背光源)、测试、包装出厂。从这个生产过程中我们看到,在对优质的LED颗粒进行选取后,后续非常重要的一个生产过程就是焊接或者贴片过程。如果焊接或者贴片不能达到质量要求,如某个颗粒的焊接出现问题就会造成生产完毕后整体光源的报废,或者应用到工业现场后光源因为焊接问题导致光源的均匀性问题。因此,焊接是LED机器视觉光源制造商必须全力关注的生产环节,那么,如何对机器视觉光源在焊接或贴片过程中进行严格把关呢?
日本CCS王耀东:
哪怕是由最高工艺制造技术厂家提供的LED颗粒,也不是可以全数使用的。因为它们在同一性上还是存在很大差距,所以LED照明厂家在LED颗粒的筛选上还得花很大工夫。红色LED颗粒的制造工艺比较成熟,它的可用概率大概在80%左右,其他颜色的LED颗粒的可用概率只有60%左右。根据LED颗粒的光亮度和发光角度等参数,一般要分成7-14个等级,然后尽量采用同一等级的LED颗粒来制作一个LED照明,以保证照明的一致性。所以,在价格上绝不可能用一般LED光源来同用于FA机器视觉的LED照明作比较,两者之间有100倍的差距也不足为奇。
    由于微小的LED颗粒得发出极大的光能,势必附带着巨大的热能,加上LED晶片本身的脆弱性,确实对LED照明的贴装及焊接工艺提出了严酷要求,主要表现在焊接温度和焊锡质量及焊点大小的控制上。CCS公司最近推出的SW2系列白色光源,在根本上提高了LED颗粒的光能比例,即在同一能耗的基础上使LED颗粒的光亮度提高了一倍以上,不失为划时代的产品。
美国Ai王升:我们Ai使用薄钢板作为LED的固定基板,它发热不变形,同时,Ai还使用了取得专利的Evenlite对准技术以保证光源的均匀性。
东冠科技张礼洪:我公司主要在焊接温度、焊接方法、焊接材料及焊接质量等方面严格把关。在焊接温度上面,焊点问题控制在280°C以下,持续时间不会超过5S,同时电烙铁具有温度控制功能,最高温度控制在350°C 以内,每次焊接时间应控制在1 ~2s;在焊接材料上,我们采用优质焊锡材料 ,其熔点为200°C,性能比其它焊接材料优越;在焊接上我们采用防静电措施,避免静电对焊接质量和LED产生不利影响。
上海铂美张劲泰:在对每一粒LED进行选取后,符合要求的高品质LED通过焊接人员完全按照SOP(标准操作过程)焊接到线路板上,SOP包括防静电措施、烙铁的温度、焊接的时间等内容及步骤,如果不按照SOP操作,焊接的质量就会达不到要求,会直接影响到光源的寿命。
北京凌云赵严:LED的焊接工艺对光源生产确属关键环节之一。除焊接的通常要求以外,方向性的控制也非常重要。机器焊接工艺通常有回流焊和波峰焊两种,鉴于LED的温度特性,选择波峰焊是一种安全的做法,机器焊接的优点是成本低、效率高,缺点是质量控制要求高,小厂生产合格率低。另外,对小批量定制产品也可采用人工焊接,人员经过专门培训,严格执行焊接工艺,质量更加稳定,但人力成本较高。在这方面,我们有自己的工艺设计和控制手段,兼有人工焊接和机器焊接,不论哪种,关键是做到过程和结果可控。
上海方千朱益萍:LED是一种方向性很强的光源,正因为这样,LED光源才能被设计成各种角度,各种结构的光源。在实际调试时可以通过调节光源安装距离,调节光源亮度和改变镜头光圈配合,以及多个光源组合,来达到特殊的效果。机器视觉的黑白对比图片完全是靠控制反射光线来实现的,有反射光的进入摄像头的地方呈白色,反射光没有进摄像头的地方呈黑色。所以说,光源、镜头的好坏决定了70-80%的图片质量一点都不为过。
    正因为这样,LED的焊接对保证光源的照射角度起到了至关重要的作用,虚焊、假焊肯定是不允许的。这里我提醒大家两点:PCB板的质量和LED的光轴对准。LED光源有两种电路板,硬板和软板。硬板主要控制间距,保证LED均匀分布,软板则比较麻烦,因为立体的角度完全由PCB软板(也叫FPC)保证。特别是在工厂的现场环境中,震动等多种恶劣环境下,能否保证光源照射角度的稳定变得重要起来。至于谈到LED的光轴对准,可能大家会觉得比较新鲜,我们在焊接LED时都是按照LED的管脚来定位的,也就是说假定LED的封装是非常完美的,机械轴和光轴是重合的,但事实上却不尽如此。因为LED封装是大批量生产的工艺,且大多数的应用场合如指示灯,对此并没有对LED光轴非常苛刻的要求。但机器视觉行业的要求更加高,现在就有一种Evenlite的光轴对准技术。在焊接时,实测每个LED颗粒的光轴,完全按照光轴来焊接,从根本上解决了这个问题。最突出一个案例就是,宽幅照射时如超过100mm时,采用普通的条形灯会出现一个现象,离光源近的亮,离光源远的暗,原因是中心和边缘的光路长短不一样。而采用Evenlite的光轴对准技术,就可以让负责中心照明的LED角度小,光线更集中,能照射到更远,相反负责边缘照明的LED角度大,光线更分散,这样一来,整体的光照均匀性从根本上解决了。
3AM邱学明:关于这方面,PCB板的材质占了很重大的因素,因此PCB的防焊面、喷锡面均须严格的控管达到我们的需求才可验收。在加工方面,LED颗粒有其耐温的极限,如果在加工焊接时温度过高容易导致LED颗粒的损毁,因此在生产时需使用高精确度的恒温锡炉,再利用特殊设计的治具来达成LED与电路板贴合的一致度。
珠海博瑞莱庞维健: LED封装厂是一个投资很大资本密集型的行业,一般的光源厂商不会只为了自己的应用而专门开设封装厂,绝大部分厂商是购买LED成品颗粒。LED光源虽然比较简单但其实也是一个系统工程,作为一个系统就不是简单的某个单个的环节或器件来决定整体的品质,而应该是统一的规划、设计和协调整个产品的质量和性能。我司根据多年积累的LED应用方面的经验和技术,在LED光源的整个制作流程中,从上游的芯片选择、封装技术、关键材料的选择和研发都深度参与,从而保证了LED颗粒的质量和性能符合要求。另外在光源的结构设计和焊接组装的环节也是进行精心设计,务求在原理上避免出现质量和技术错误,在散热、电路驱动和控制等各个方面追求协调和统一,希望在质量、性能、成本等关键指标上达到很好的平衡,为中国的机器视觉事业献一份薄力。

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