工業(yè)4.0之顯示器自動(dòng)化生產(chǎn)線

福建捷聯(lián)電子有限公司 林秋娟

傳統(tǒng)的顯示器生產(chǎn)屬于生產(chǎn)力密集型的行業(yè)，產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的一系列工序流程依托于大量的勞動(dòng)力。近年來(lái)，勞動(dòng)力成本的不斷攀升，自動(dòng)化技術(shù)的不斷進(jìn)度，工業(yè)4.0推動(dòng)著傳統(tǒng)顯示器行業(yè)進(jìn)行了推陳革新，智能制造成為大勢(shì)所趨。而線體自動(dòng)化程度決定了產(chǎn)品的品質(zhì)，精度，時(shí)間成本，人力成本等等。

作為全球著名的顯示器制造商，全球擁有數(shù)個(gè)制造基地，成熟的全球化生產(chǎn)運(yùn)作體系下，如何讓自動(dòng)化生產(chǎn)+智能制造穩(wěn)步推進(jìn)成為當(dāng)前的首要任務(wù)。緊跟工業(yè)4.0步伐，大闊步進(jìn)行之智能化改造迫在眉睫，特成立工業(yè)4.0部門對(duì)工廠進(jìn)行智能化改造。

改造前的生產(chǎn)線主要存在以下問(wèn)題：

（1）人工組裝，定位精度較差，易存在變異影響產(chǎn)品組配公差。

（2）肉眼檢驗(yàn)，容易出現(xiàn)視覺(jué)疲勞，影響問(wèn)題檢出率，易造成不良品流出，對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)管控不利。

（3）缺乏數(shù)據(jù)分析功能，無(wú)法及時(shí)自動(dòng)糾偏，自動(dòng)化程度低。

（4）人力日益攀升，直接作業(yè)人力招聘難度高，智能化改造已于大勢(shì)所趨。

基于以上原因，工廠決定針對(duì)顯示器生產(chǎn)線體，從SMT→MI→LCM→成品組裝各環(huán)節(jié)進(jìn)行自動(dòng)化改造，本文重點(diǎn)介紹其中的LCM線體自動(dòng)化改造項(xiàng)目。

1 LCM線體介紹

作為顯示器最重要的部件，LCM即為L(zhǎng)CD顯示模組、液晶模塊，是指將液晶顯示器件連接件，控制與驅(qū)動(dòng)等外圍電路，PCB電路板，背光源，結(jié)構(gòu)件等裝配在一起的組件。LCM組件涵蓋了OC、導(dǎo)光板、擴(kuò)散片、膠框、背板、LED燈條、塑膠機(jī)構(gòu)件等等。如何將快速、高精度將眾多配件組配在一起，給用戶呈現(xiàn)最佳的視覺(jué)效果，這就是LCM線體一直尋求改變提高組配質(zhì)量的動(dòng)力。

2 改造方案

重點(diǎn)針對(duì)精度要求高的關(guān)鍵站位，包含投放背板、OC組裝和保壓、反射片安裝、擴(kuò)散片裝、LGP燈條組裝等等均進(jìn)行智能化改造，改變目前人工+輔助治具完成的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。

改造前：

如圖1所示，LCM組裝工序多，人工作業(yè)環(huán)節(jié)多，組裝精度不易控制，且因作業(yè)環(huán)境為無(wú)塵環(huán)境，對(duì)作業(yè)人員要求較高，且無(wú)法自動(dòng)控制，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)偏差并及時(shí)糾偏。

圖1 LCM組裝工序

改造后：

精度要求高的關(guān)鍵站位，包含投放背板、OC組裝和保壓、反射片安裝、擴(kuò)散片裝、LGP燈條組裝等等均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，優(yōu)化了組裝效率及精度，同步畫檢站同步導(dǎo)入AOI自動(dòng)檢測(cè)，大大提升了問(wèn)題的偵測(cè)力，改善了LCM組件的品質(zhì)。

3 組配線體改造項(xiàng)目

本次LCM自動(dòng)裝配線體自動(dòng)化改造主要采用了一系列先進(jìn)的ABB 6軸工業(yè)機(jī)器手臂（如3.1&3.2）用于精度要求高，作業(yè)難度大，品質(zhì)要求高的工序，用于提升線體的整體效益。ABB機(jī)器手臂是一種的可編程的自動(dòng)機(jī)械手臂，它們依靠可移動(dòng)的身體結(jié)構(gòu)、伺服裝置、傳感系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及用于控制所有這些要素的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)程序來(lái)搭配完成任務(wù)。

ABB主要采用RAPID編程，RAPID程序由程序模塊和系統(tǒng)模塊組成，通過(guò)RAPID編程創(chuàng)建不同需求的程序，機(jī)器人可以精確地移動(dòng)機(jī)器臂，使機(jī)器臂不斷重復(fù)完全相同的動(dòng)作。機(jī)器人利用運(yùn)動(dòng)傳感器來(lái)確保自己完全按正確的位置及路徑移動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)物料的精確抓取及組配。同時(shí)ABB機(jī)器人有一套嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆琅鲎蚕到y(tǒng)，其工作原理是減少碰撞力對(duì)機(jī)器人本體的影響，避免機(jī)器人本體或者外圍設(shè)備等損壞。防碰撞傳感器非常靈敏，當(dāng)碰撞事件發(fā)生時(shí)，機(jī)器人會(huì)立即停止工作，并沿先前的行走路線的反方向移動(dòng)一小段距離用以釋放殘余應(yīng)力。直到碰撞報(bào)警被確認(rèn)解除之后，機(jī)器人才可繼續(xù)沿著預(yù)先設(shè)定的工作路徑繼續(xù)工作。

3.1 自動(dòng)投反射片&擴(kuò)散片、LGP組件

視覺(jué)采用海康工業(yè)鏡頭，精準(zhǔn)定位并通過(guò)機(jī)械手臂，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓拍背板產(chǎn)品位置和反射片位置，通過(guò)系統(tǒng)算法，每次根據(jù)反饋的數(shù)值進(jìn)行自動(dòng)差補(bǔ)中心位置差來(lái)調(diào)整位置，實(shí)現(xiàn)高精度自動(dòng)組裝，設(shè)備精度達(dá)到±0.02mm，組裝精度0.2mm。從而達(dá)成人員零接觸，避免人工組裝磕碰傷，臟污等問(wèn)題，改善異物環(huán)境。同時(shí)此類設(shè)備全過(guò)程100%離子靜電消除，同時(shí)防止靜電對(duì)LB的傷害。

3.2 自動(dòng)組OC

自動(dòng)OC組裝機(jī)臺(tái)，采用工業(yè)機(jī)械手搭配視覺(jué)系統(tǒng)完成組裝，采用2套6軸的ABB機(jī)械手和1套EPSON的4軸機(jī)械手來(lái)分段處理OC撕膜，以達(dá)到300UPPH的速度要求。此設(shè)備為業(yè)界首創(chuàng)曲面自動(dòng)機(jī)械手壓彎后，再曲面自動(dòng)貼合組裝，組裝過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)整組裝位置，形成閉環(huán)反饋位置

來(lái)調(diào)整位置精度，達(dá)到組裝精度0.2mm，有效的控制無(wú)邊框產(chǎn)品左右GAP值以及左右側(cè)的均勻度。此設(shè)備實(shí)現(xiàn)了平/曲面機(jī)種組配的兼容，同時(shí)達(dá)成了到R1000-R1800的曲率機(jī)型的兼容組配。

3.3 OC自動(dòng)保壓

自動(dòng)保壓機(jī)臺(tái)采用分區(qū)分點(diǎn)自動(dòng)檢測(cè)產(chǎn)品6個(gè)區(qū)域的壓力值；采用機(jī)械手自動(dòng)取放LCM組件，完成自動(dòng)上下料的動(dòng)作，配套采用伺服垂直上下壓合產(chǎn)品，在達(dá)到保壓數(shù)值的要求后，停止保壓10S，確保產(chǎn)品有效的貼合，此設(shè)備可以自動(dòng)反饋壓力參數(shù)，在壓力值未達(dá)到的情況下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警調(diào)整參數(shù)。

4 光學(xué)AIO自動(dòng)檢測(cè)項(xiàng)目

本次LCM線體畫檢自動(dòng)化方案采用采用柔性化制造部署+全方位光學(xué)識(shí)別的AIO檢測(cè)方式，成像系統(tǒng)采用專業(yè)工業(yè)級(jí)攝像頭、激光傳感器、定制的光場(chǎng)光源組合達(dá)到科研級(jí)成像系統(tǒng)的構(gòu)建。操作系統(tǒng)基于四色法和平場(chǎng)標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)色亮度測(cè)量、動(dòng)態(tài)閾值的智能自動(dòng)光學(xué)缺陷檢測(cè)方式，實(shí)現(xiàn)了不同產(chǎn)品的諸如LCD/OLED/Mini-LED/MicroLED等兼容，同時(shí)可支持不同尺寸的平面與曲面產(chǎn)品的測(cè)試查驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果可實(shí)時(shí)上傳服務(wù)器或本地設(shè)備。

AIO自動(dòng)畫檢用智能算法賦能光學(xué)檢測(cè)，采用逐點(diǎn)色亮度重構(gòu)和基于鄰域差異的像素級(jí)別缺陷檢測(cè)和定位方式，并用標(biāo)準(zhǔn)積分球光源的平場(chǎng)標(biāo)定和四色標(biāo)定方案以重建相對(duì)的標(biāo)CI色亮度矩陣Lxy，再結(jié)合局域?qū)Ρ榷鹊膭?dòng)態(tài)閾值，缺陷檢測(cè)算法做出最終檢測(cè)結(jié)果的判定。

多角度成像全面缺陷診斷如圖2所示。

圖2 多角度成像全面缺陷診斷

AIO自動(dòng)檢測(cè)應(yīng)用多角度成像實(shí)現(xiàn)了常規(guī)的線、點(diǎn)、像素缺陷、漏光等缺陷檢測(cè)的同時(shí)，更是解決了人工檢測(cè)難點(diǎn)，如邊緣角落漏光、淺色異物、對(duì)角線Mura、蝴蝶狀Mura、塊狀臟污類缺陷分析、色度、均勻度等等。

AIO自動(dòng)畫檢運(yùn)作模式：

自動(dòng)對(duì)位：產(chǎn)品入料后自動(dòng)校正，確保測(cè)試畫面完整清晰。

改造后的智能制造生產(chǎn)線具備以下重要特性：

（1）生產(chǎn)過(guò)程可視化

整個(gè)系統(tǒng)采用同一套組態(tài)、調(diào)試、監(jiān)控工具，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程全部設(shè)備應(yīng)實(shí)現(xiàn)組態(tài)統(tǒng)一化、數(shù)據(jù)透明化，便于維護(hù)與優(yōu)化。

（2）生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化

實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種類別、多種品牌、多種型號(hào)設(shè)備、多系統(tǒng)（機(jī)械臂、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)）的自動(dòng)綜合管控，解決了人工組裝，精度差，易存在變異影響產(chǎn)品組配公差，提升了產(chǎn)品精度效率，同時(shí)解決人工作業(yè)肉眼疲勞檢測(cè)存在漏檢，保證了出廠產(chǎn)品的品質(zhì)。

（3）云端控制便利

LCM線體自動(dòng)化改造在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程全自動(dòng)化的功能基礎(chǔ)上，也逐步優(yōu)化了控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)同、遠(yuǎn)程調(diào)試等功能，對(duì)硬件及系統(tǒng)維護(hù)工程師均提供了極大的便利。