劉 星，任蓉莉

(中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西 太原 030024)

基于PLC的LCD自動(dòng)檢測控制系統(tǒng)的研究

劉 星，任蓉莉

(中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西 太原 030024)

通過分析LCD液晶玻璃基板自動(dòng)檢測工藝流程，采用RS232串口通訊，PLC控制視覺系統(tǒng)。本文應(yīng)用視覺檢測技術(shù)、PLC控制技術(shù)，研究實(shí)現(xiàn)了LCD液晶玻璃基板自動(dòng)檢測控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場實(shí)際使用表明，此系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，降低了人工成本，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率。

LCD；自動(dòng)檢測；PLC控制技術(shù)；視覺系統(tǒng)

TFT液晶屏廣泛應(yīng)用于手機(jī)、車載顯示、筆記本、數(shù)字相機(jī)屏等諸多領(lǐng)域。在LCD產(chǎn)品的工藝控制過程中，品質(zhì)和效率是兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，構(gòu)成了LCD生產(chǎn)廠家的核心競爭力。隨著市場需求加大，競爭加劇，客戶對質(zhì)量要求水平不斷提高，導(dǎo)致LCD生產(chǎn)廠家質(zhì)量檢測難度增大、內(nèi)容加多、效率產(chǎn)生瓶頸導(dǎo)致產(chǎn)能降低[1]。為了改變這種局面，LCD廠家不得不雇傭更多的QC目測人員來緩解壓力。然而人眼檢測主體差異大，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一；檢測效率不高；質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不能量化，長期穩(wěn)定性差；人工雇傭成本不斷提升，管理成本也隨之加大；以上各種因素致使品質(zhì)檢測環(huán)節(jié)逐漸成為LCD生產(chǎn)廠家擴(kuò)大化再生產(chǎn)的瓶頸，競爭力急劇喪失。所以，傳統(tǒng)的檢測方法和設(shè)備已越來越難以勝任檢測的重任。本文主要針對液晶面板的檢測，設(shè)計(jì)一套基于PLC的自動(dòng)檢測系統(tǒng)，對LCDCELL段和Module段各種點(diǎn)、線、Mura質(zhì)量缺陷進(jìn)行精確量化檢測。

1 LCD液晶玻璃基板自動(dòng)檢測功能介紹

LCD液晶玻璃基板自動(dòng)檢測，主要用于Cell 1吋-8吋 TFT OncellIncell OLED產(chǎn)品自動(dòng)上下料和點(diǎn)燈檢測，檢測表面污點(diǎn)、壞點(diǎn)等缺陷。該設(shè)備包含自動(dòng)上料機(jī)、點(diǎn)燈檢測機(jī)、下料機(jī)三部分。設(shè)備功能示意圖如圖1所示。

自動(dòng)上料機(jī)主要功能是將清洗后的干凈基板傳送到皮帶上，再由上料機(jī)械手搬運(yùn)到點(diǎn)燈測試機(jī)。點(diǎn)燈測試機(jī)主要功能是通過視覺檢測，對基板進(jìn)行黑、白、灰、紅、綠、藍(lán)，灰閃7個(gè)畫面拍照檢測，確定基板是否有壞點(diǎn)和污點(diǎn)。自動(dòng)下料機(jī)主要功能是將點(diǎn)燈測試之后的基板下料，符合技術(shù)參數(shù)要求的基板為OK品，不符合的為NG品，并將NG料放在NG料盤，OK料放在皮帶上傳送到下道工序。

圖1 設(shè)備功能示意圖

2 基板檢測工作原理介紹

2.1 基板檢測原理

首先，相機(jī)在不同角度的光源下拍照，會(huì)測出不同角度的灰塵、表面凹凸點(diǎn)。在相機(jī)前后、左右放置條形光源，在點(diǎn)燈之前分別打開前后光源、左右光源拍照，確定LCD基板表面的污點(diǎn)。

其次，根據(jù)液晶的光電效應(yīng)，液晶具有顯著的介電各向異性Δε和自發(fā)偶極子P0。一旦給液晶層施加上電壓，則在介電各向異性Δε和自發(fā)偶極子P0和電場的相互作用下，分子排列狀態(tài)很容易發(fā)生變化[2]。因此利用外加電場即可改變液晶分子取向，產(chǎn)生調(diào)制。所以，依次給LCD液晶玻璃基板管不同腳輸出不同電壓，拍7個(gè)不同畫面，確定基板上的恒亮或恒暗點(diǎn)，通過算法計(jì)算，排除污點(diǎn)，其余點(diǎn)是壞點(diǎn)。

最后，根據(jù)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)確定是OK品和NG品。

2.2 壞點(diǎn)

所謂壞點(diǎn)，是指液晶顯示器上無法控制的恒亮或恒暗的點(diǎn)。壞點(diǎn)的造成是液晶面板生產(chǎn)時(shí)因各種因素造成的瑕疵，可能是particle落在面板里面，可能是靜電傷害破壞面板，可能是制程控制不良等等[2]。

制程瑕疵，液晶顯示器就有各式各樣的mura?？赡苁菣M向條紋或四十五度角條紋，可能是切得很直的方塊，可能是某個(gè)角落出現(xiàn)一塊，可能是花花的完全沒有規(guī)則可言東一塊西一塊的痕跡。

壞點(diǎn)分為兩種：亮點(diǎn)與暗點(diǎn)，亮點(diǎn)就是在任何畫面下恒亮的點(diǎn)，切換到黑色畫面就可以發(fā)現(xiàn)；暗點(diǎn)就是在任何畫面下恒暗的點(diǎn)，切換到白色畫面就可以發(fā)現(xiàn)。

3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 處理器的選擇

PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、配套齊全、功能完善、適用性強(qiáng)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)建造量小、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于許多特殊場合[3]。機(jī)型選擇的基本原則，是滿足功能要求及保證可靠性和維護(hù)方便的前提下，力求最佳的性價(jià)比。松下FP-XH C60T系列，配6軸控制用的輸入輸出點(diǎn)，32點(diǎn)輸入，28點(diǎn)輸出，并且可以擴(kuò)展8個(gè)輸入輸出模塊，滿足設(shè)計(jì)需求。

3.2 視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用2 600萬像素的CCD，條形光源安裝于CCD前后側(cè)和左右側(cè)，待檢測的基板置于CCD和背光源之間，相機(jī)高度調(diào)整時(shí)光源同步調(diào)整。視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖如圖2所示。

3.3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

PLC和工控機(jī)之間通過RS232串口進(jìn)行通訊，通訊協(xié)議為MODBUSRUT，工控機(jī)和PLC之間互發(fā)指令，控制相機(jī)拍照和PG測試盒切換畫面，PG測試盒切換數(shù)字0-7(其中0畫面為不帶電畫面)，每次切換數(shù)字時(shí)會(huì)給基板輸出不同的電壓，基板會(huì)顯示不同的顏色，拍照顯示7個(gè)不同畫面。PLC通過繼電器控制PG測試機(jī)。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。

3.4 PLC程序設(shè)計(jì)

以拍照完成等待結(jié)果的程序?yàn)槔珼T200為PLC接收工控機(jī)信號(hào)的數(shù)據(jù)接收地址，DT100為PLC發(fā)送給工控機(jī)信號(hào)的數(shù)據(jù)寫入地址。當(dāng)工控機(jī)拍照完成后，即PLC接收地址DT200等于1時(shí)，SET拍照完成信號(hào)，PLC寫入地址DT100置1,MOVE 1 DT100，表示PLC已經(jīng)接收到工控機(jī)完成信號(hào)。此時(shí)工控機(jī)置MOVE 0 DT200,PLC寫入地址也置0，MOVE 0 DT100，完成一次拍照過程。重復(fù)7次拍照，完成7個(gè)畫面的拍照。拍照完成等待結(jié)果PLC程序如圖4所示。

圖2 視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖

圖3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

圖4 拍照完成等待結(jié)果PLC程序

4 結(jié)束語

基于本PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的AOI點(diǎn)燈檢測機(jī)，經(jīng)過現(xiàn)場一年多的實(shí)際使用驗(yàn)證，本控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。依據(jù)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)：1)內(nèi)污點(diǎn)、針孔點(diǎn)、面污點(diǎn)、凹凸點(diǎn)：Ф≤0.1 mm不限，0.1 mm<Ф≤0.15 mm，允許1個(gè)；2)線狀污點(diǎn)：寬度<0.02 mm忽略，長度≤1.0 mm,寬度≤0.03 mm，允許1個(gè)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，漏檢率≤2%，提高了基板檢測品質(zhì)。一臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行效率等于8個(gè)操作工人工檢測的效率，大大提高了工作效率的同時(shí)，為企業(yè)節(jié)約了人工成本。

[1] 馬群剛.TFT_LCD原理與設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[2] 毛學(xué)東.液晶顯示技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.

[3] 顏伊慶，潘麗萍.基于PLC的自動(dòng)分揀系統(tǒng)[J].機(jī)電工程，2012，29(11)：1287-1288.

The Research of LCD Automatic Detection Control System Based on PLC

Liu Xing, Ren Rongli

(The2ndResearchInstituteofCETE,TaiyuanShanxi030024,China)

By analyzing the LCD substrate inspection technology process, the RS232 serial port communication is adopted, and the visual system is controlled by PLC. The article researches and realizes the automatic detection control system of LCD liquid crystal glass substrate with the using of visual inspection technology and PLC control technology. Actual use shows that the work of the system is stable and reliable; it reduces the labor costs and improves the production efficiency of enterprises.

LCD; automatic detection; PLC control technology; visual system

2017-04-06

劉 星(1986- ),女,山西呂梁人，助理工程師，碩士，主要從事工業(yè)控制方面的研究。

1674- 4578(2017)03- 0076- 02

TP274.5

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