基于双流体动力学的白光LED荧光粉涂覆过程建模、检测与控制

Phosphor coating is the mainstream international technology to realize LED blue and white light conversion. However, So far, the core technology and equipment of the LED phosphor coating technology have been monopoly controlled by foreign enterprises, as the result of which will directly restrict the sustainable development of the LED strategic industry in our country. . This project will concertrate on the phosphor coating problem which is one of the most important technologies in white LED packaging process, and propose a new non-contact phosphor coating technology based on two-phase dynamics direct driving technology, study and design a coating control method of reducing and stable controlling phosphor viscosity, set up the distributed parameter systems model and the finite element approximation model based on phosphor coating drops, then based on the two phase gas-liquid dynamics theory, mainly study and design a controller to control the concentration and thickness of the phosphor coating layer, establish a new type of curved surface distributed tracking control theory and algorithm, and the key visual inspection principle and algorithm for the evenness and thickness of coating layer will be given, thus to effectively promote the white LED packaging quality of the light efficiency, color uniformity and color producing consistency...Finally, we'll perform experiments and on-line validations, and apply the new micro-coating technology, mathematical model, the related controller design methods and detection algorithms on the development of the automatic phosphor coating machine, and bring on a great innovation on our country's white LED packaging industry.

荧光粉涂敷是目前国际上实现蓝光LED向白光LED转换的主流技术，核心工艺和装备一直被国外垄断并对我国限制出口，直接制约我国LED新兴战略产业的持续性发展。本项目将针对白光LED封装中最关键的荧光粉涂敷问题开展重点研究，提出基于双流体动力学直接驱动原理的非接触式荧光粉涂覆工艺，研究和设计降低与稳定控制荧光粉黏度的涂覆控制方案，进而建立荧光粉液滴涂覆的分布式参数系统模型及有限元近似模型，然后，基于气液两相流体动力学理论，重点研究荧光粉涂层的厚度和均匀性控制器设计问题，提出并建立一类新型的曲面分布式跟踪控制理论和算法，并给出涂敷厚度和均匀度的关键视觉检测原理和算法，从而有效提高白光LED封装的发光效率、颜色均匀性、色品一致性等封装质量。最后开展系统的实验研究和实际验证工作，将新型涂覆工艺、模型、控制理论、检测算法应用于全自动荧光粉涂敷机的自主研制，促进我国白光LED封装产业的技术创新。

蓝光LED涂覆黄色荧光粉是白光LED生产的行业主流技术，荧光粉涂覆是白光LED封装生产过程最为核心的工艺和技术。本项目主要针对荧光粉涂覆过程的建模、控制和检测问题展开重点研究工作，主要内容包括：1）基于气液两相动力学原理，完成了微通道气液两相流的控制器设计；2）基于迭代学习控制原理和涂覆过程模型，完成了荧光粉涂层的均匀度和厚度控制器设计，并通过优化算法对模型和控制器进行了优化；3）完成了荧光粉涂覆的高/超分辨率的视觉检测算法设计与实现；4）设计并实现了荧光粉涂覆运动控制板，搭建了荧光粉涂覆实验平台，完成了荧光粉涂覆气液两相流涂覆实验。实验结果表明，采用基于气液两相流非接触荧光粉涂覆工艺可以实现对各种不同的大功率LED芯片模组荧光粉涂层的面均匀度和厚度的高精度控制，试验生产的小批量白光LED色区分布比较集中、发光效率高、颜色均匀性、色品一致性均较好，基本能满足实际生产的需求。在理论上，本项目提出了基于反馈-前馈的迭代学习控制器的设计和稳定性分析方法，以及自适应强噪声图像复原、基于深度学习特征描述子的图像配准算法、自适应图像稀疏重建算法以及图像混合去噪方法等。在实际应用上，本项目基于所提出的模型、控制器、检测算法和所设计的电路控制板，实现了荧光粉涂覆实验平台控制与检测系统，完成了实验原型机。本项目提出的涂覆工艺、模型、控制理论、检测算法有利于全自动荧光粉涂敷机的自主研制，促进我国白光LED封装产业的技术创新。