基于TRIZ理論的TFT-LCD基板玻璃視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

杜躍武

（鄭州旭飛光電科技有限公司 鄭州 450016）

0 引言

TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving）理論是由前蘇聯(lián)科學(xué)家阿奇舒勒創(chuàng)立的解決發(fā)明問(wèn)題理論，TRIZ理論著力于澄清和強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中存在的矛盾，其目標(biāo)在于完全解決矛盾，獲得最終理想解，同時(shí)TRIZ理論提供如何系統(tǒng)分析問(wèn)題且具有可操作性的科學(xué)方法，可以拓展思維、突破思維定勢(shì)、想象各種可能，搜索范圍可以充滿全部解空間，將所有的可能解包羅無(wú)遺［1-3］。這里通過(guò)采用TRIZ理論和方法工具解決目前TFT-LCD（Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display）基板玻璃檢測(cè)系統(tǒng)中存在的技術(shù)問(wèn)題，為TFT-LCD基板玻璃產(chǎn)業(yè)中的技術(shù)瓶頸問(wèn)題提供新的解決思路。

1 技術(shù)背景

TFT-LCD基板玻璃在液晶顯示面板制程中要求具備高尺寸精度、高表面潔凈度、無(wú)表面劃傷、低玻璃體熔解不良等外觀品質(zhì)特性，因此，在TFT-LCD基板玻璃生產(chǎn)中主要依靠視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控。目前，第五代（G5）TFTLCD基板玻璃視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)傳送帶主要針對(duì)傳送1 300 mm×1 100 mm尺寸規(guī)格的基板玻璃而設(shè)計(jì)，難以滿足目前液晶顯示面板企業(yè)對(duì)TFTLCD基板玻璃差異化尺寸規(guī)格需求趨勢(shì)，同時(shí)要求獲取精確的基板玻璃尺寸數(shù)據(jù)信息，而現(xiàn)有基板玻璃視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)采用光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)，對(duì)玻璃表面及內(nèi)部缺陷檢測(cè)精度只能達(dá)到50 μm，難以滿足液晶面板企業(yè)對(duì)基板玻璃的要求。針對(duì)目前TFT-LCD基板玻璃視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)存在的上述問(wèn)題，行業(yè)內(nèi)專家、技術(shù)人員一直致力于視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)兼容能力和實(shí)現(xiàn)高精度檢測(cè)效能的提升，但在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)TFT-LCD基板玻璃多尺寸規(guī)格、高精度缺陷檢測(cè)一直未得到完善解決。

2 問(wèn)題描述

顯示技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展對(duì)TFT-LCD基板玻璃外觀品質(zhì)控制及靈活多變的多尺寸產(chǎn)品供貨能力要求越來(lái)越高，當(dāng)前TFT-LCD基板玻璃視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)存在的傳送機(jī)械定位影響產(chǎn)品品質(zhì)、檢測(cè)兼容性差、無(wú)法反應(yīng)玻璃表面顆粒趨勢(shì)等技術(shù)問(wèn)題嚴(yán)重制約著TFT-LCD基板玻璃高效率。

3 視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)功能分析

通過(guò)收集相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)TFT-LCD基板玻璃視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行功能分析。視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備為系統(tǒng)，構(gòu)建出TFT-LCD基板玻璃視覺(jué)檢測(cè)的子系統(tǒng)、超系統(tǒng)組件模型如圖1（a）所示；根據(jù)系統(tǒng)模型圖構(gòu)建了視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型示意圖如圖1（b）所示，檢測(cè)相機(jī)影響著缺陷分析圖的效果（當(dāng)前無(wú)法反應(yīng)玻璃表面顆粒趨勢(shì)）、PLC控制系統(tǒng)影響著傳動(dòng)控制及產(chǎn)品類型標(biāo)準(zhǔn)（當(dāng)前檢測(cè)兼容性差）、產(chǎn)品類型標(biāo)準(zhǔn)影響著傳動(dòng)系統(tǒng)定位桿（當(dāng)前機(jī)械定位影響產(chǎn)品品質(zhì)）、玻璃傳送輪依靠電機(jī)輸出動(dòng)力。

通過(guò)對(duì)組件關(guān)系進(jìn)行分析，得出導(dǎo)致影響視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)兼容性檢測(cè)、缺陷分析和產(chǎn)品質(zhì)量的組件功能表，如表1所示。

表1 組件功能

根據(jù)表1各組件之間的相互作用及組件的功能分析，構(gòu)建TFT-LCD基板玻璃視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)功能模型，如圖2所示。

圖3為構(gòu)建的TFT-LCD基板玻璃視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)因果鏈分析圖。通過(guò)因果鏈分析，如要提升視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的綜合能力，需解決以下3個(gè)問(wèn)題：顆粒檢檢測(cè)效率低及不能反饋顆粒趨勢(shì)問(wèn)題、定位桿機(jī)械定位碰撞液晶基板玻璃問(wèn)題及傳送輪無(wú)法兼容傳送多尺寸液晶基板玻璃問(wèn)題，而采用現(xiàn)有措施會(huì)造成成本增加、效率降低和品質(zhì)隱患。

4 問(wèn)題分析和求解

使用TRIZ理論對(duì)TFT-LCD基板玻璃視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)目前存在的問(wèn)題進(jìn)行逐步分析，達(dá)到找出根因、解決問(wèn)題的目的。

4.1 顆粒檢檢測(cè)效率低及不能反饋顆粒趨勢(shì)問(wèn)題解決

4.1.1 技術(shù)矛盾分析

（1）技術(shù)矛盾描述：為了提高顆粒檢的檢測(cè)精度，需要增加多個(gè)顆粒檢相機(jī)，但這樣做會(huì)導(dǎo)致多個(gè)相機(jī)反饋數(shù)據(jù)一致性降低（可靠性降低）。

（2）轉(zhuǎn)換成TRIZ技術(shù)沖突：

改善的參數(shù)：No.28 測(cè)量的精度；

惡化的參數(shù)：No.27 可靠性。

（3）查找沖突矩陣，得到圖4發(fā)明原理矩陣圖。

4.1.2 問(wèn)題解決方案

依據(jù)No.5 合并組合作用原理，使用一個(gè)相機(jī)替代16個(gè)相機(jī)工作；依據(jù)No.1 分割原理，一個(gè)攝像頭單次掃描約1條82 mm寬的掃描帶，多次掃描檢測(cè)可完成檢測(cè)。

依據(jù)No.23引入反饋原理，引入反饋系統(tǒng)，收集16塊玻璃不同區(qū)域55 mm寬度顆粒，組成瑕點(diǎn)趨勢(shì)圖。

通過(guò)以上原理引入，解決了提升檢測(cè)效率需要增加多個(gè)相機(jī)的問(wèn)題。

4.2 機(jī)械定位存在質(zhì)量隱患問(wèn)題解決

4.2.1 技術(shù)矛盾分析

（1）技術(shù)矛盾描述：為了解決玻璃在傳送帶上的位置偏差，需要增加機(jī)械定位來(lái)保證位置精度，但這樣做會(huì)導(dǎo)致玻璃接觸面增多，存在質(zhì)量隱患。

（2）轉(zhuǎn)換成TRIZ技術(shù)沖突：

改善的參數(shù)：No.3 運(yùn)動(dòng)物體的尺寸；

惡化的參數(shù)：No.15 運(yùn)動(dòng)物體的作用時(shí)間。

（3）查找沖突矩陣，得到圖5發(fā)明原理矩陣圖。

4.2.2 問(wèn)題解決方案

依據(jù)No.19 用周期性的行動(dòng)（作用和脈沖替代）原理，當(dāng)基板玻璃前邊沿進(jìn)入高精度光纖距離傳感器時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)送給主控系統(tǒng)，通過(guò)主控系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)算，精確算出玻璃尺寸，進(jìn)而相機(jī)根據(jù)玻璃缺陷計(jì)算公式：MAX缺陷分辨率=基板玻璃板長(zhǎng)÷相機(jī)檢測(cè)寬度，如：1300/（16×4096）≈19（μm），最終實(shí)現(xiàn)了精確檢測(cè)長(zhǎng)1 300 mm、寬1 100 mm基板玻璃缺陷的目的。

4.3 傳送裝置及輔助件兼容性差問(wèn)題解決

4.3.1 技術(shù)矛盾分析

（1）技術(shù)矛盾描述：為了解決傳送裝置及輔助件兼容性差問(wèn)題，需要增加一套可以傳送不同尺寸的類似機(jī)構(gòu)，但這樣做會(huì)導(dǎo)致提高了設(shè)備的復(fù)雜性。

（2）轉(zhuǎn)換成TRIZ技術(shù)沖突：

改善的參數(shù)：No.35 適應(yīng)性、通用性；

惡化的參數(shù)：No.36 系統(tǒng)的復(fù)雜性。

（3）查找沖突矩陣，得到圖6發(fā)明原理矩陣圖。

4.3.2 問(wèn)題解決方案

依據(jù)No.15 動(dòng)態(tài)化（或各部分可改變相對(duì)位置），將側(cè)面一排位置固定的邊輪改為相對(duì)位置可以活動(dòng)的，由伺服電機(jī)控制位置，這樣可以兼容傳送寬度950～1 200 mm尺寸的玻璃。

4.4 方案匯總

問(wèn)題解決方案匯總見(jiàn)表2。從表2可以看出，解決TFT-LCD基板玻璃多尺寸規(guī)格、高精度缺陷檢測(cè)方面且低成本的最優(yōu)方案：缺陷檢測(cè)使用一個(gè)相機(jī)多次逐行單條掃描，組成瑕點(diǎn)圖進(jìn)行缺陷分析，多尺寸傳動(dòng)使用橫向伺服精準(zhǔn)定位方式控制玻璃橫向移動(dòng)，玻璃尺寸反饋使用圖像處理內(nèi)部運(yùn)行進(jìn)行，提升效率。

表2 方案匯總

5 結(jié)語(yǔ)

以TFT-LCD基板玻璃視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)作為研究對(duì)象，使用TRIZ理論對(duì)現(xiàn)有檢測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)瓶頸問(wèn)題進(jìn)行分析求解，提出問(wèn)題解決方案，通過(guò)TRIZ工具的應(yīng)用有效地提升了視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的效率，并形成一套完善的液晶基板玻璃視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，擁有了覆蓋檢測(cè)G4.5、G5代多尺寸液晶基板玻璃的能力，提高了產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，增強(qiáng)了客戶對(duì)TFT-LCD基板玻璃產(chǎn)品品質(zhì)的信賴度。