液晶玻璃上料中光纤定位系统设计与应用

乐志虎，廖 毅，李 剑，张 博

(太原风华信息装备股份有限公司，山西 太原 030024)

液晶玻璃上料中光纤定位系统设计与应用

乐志虎，廖 毅，李 剑，张 博

(太原风华信息装备股份有限公司，山西 太原 030024)

为了满足液晶玻璃上料机初定位搜索范围大、定位精度高同时保证效率的需求，对光纤、图像定位进行了分析、对比。介绍了光纤定位系统的概念、原理、功能。然后，为了便于应用，着重介绍了光纤系统和下游CCD系统的联合标定并给出了流程和算法并通过实际应用得到的实验数据验证了光纤定位系统。

定位系统；光纤定位；图像定位；液晶玻璃

在过去几十年，由于中国人口红利比较大，工厂企业生产线对手工生产的依赖程度比较高，所以生产中自动化程度并不高。但是随着人口红利的消失，以及生产成本的一再提高，对工厂生产效率、节约人工成本提出了更高的要求。工厂生产自动化自然也加快了实际应用步伐。尤其是在液晶生产行业，对产品的精度、效率的要求也日益高涨。上料环节作为自动化生产线的一大重要环节，它的精度和稳定性直接影响到了后续生产的效率。一套好的上料定位系统成为生产线必不可少的关键一步。

1 问题点的提出

在液晶玻璃上料过程中，从料盒出料的整版玻璃位置的随机变化是比较大的，在厘米级的范围。用普通CCD图像定位的搜索范围在2～20 mm，这种定位办法往往会因为玻璃Mark点超出视野而报警，从而大大影响到出料效率。而如果用视野更大的镜头，成本会极大增加，这是任何工厂都不想看到的。如果用定位销硬限位，那样又容易造成玻璃边缘损伤，尤其对于更薄的TFT玻璃就更加危害性大了。所以我们需要一个搜索范围大，非接触式的定位方法。而光纤定位就很好的满足了这两点。

2 结构介绍

在实际生产中，我们需要将玻璃放到一个x (CCD)-y-θ平台上。因此，我们设计了玻璃移载部件（x轴），光纤轴（y轴），以及x(CCD)-y-θ平台。通过移载部件和光纤轴的相对运动获得玻璃位置信息，结合标定信息，计算出整个系统的运动距离，最终达到玻璃中心对平台中心放置的效果（如图1所示）。

图1 光纤定位系统及x(CCD)-y-θ平台机构示意图

3 光纤搜索原理

我们选用的是反射式光纤探测器，其精度为d＜0.01 mm。移动光纤轴和移载轴，通过激光在玻璃表面反射回的亮度变化判定光纤点是否移到玻璃边缘，并通过光纤放大器反馈信号给控制器，控制器再通过运动控制单元及时返回当前电机轴坐标（如图2所示）。

通过光纤轴和移载轴的相对运动，可以获取玻璃的点位坐标（如图3所示）。

通过光纤扫描玻璃，分别获得了Y1、Y2、X1、X2点坐标（图3中的虚线表示光纤扫描轨迹，各点由通过光纤扫描各自相对应起止点获得）。通过直线两点式得到直线方程：

图2 光纤定位控制系统工作原理图

图3 坐标系下对位示意图

K1、K2即为直线Y1Y2和直线X1X2的斜率。

由方程 (1)、(2)得到液晶玻璃左上角的A点坐标：

这样，我们就获得了液晶玻璃的位置信息。验证算法正确时，只要将光纤点移到上面计算出的坐标，看是否正好移到玻璃左上角即可。

4 标定方法

要想将玻璃准确的放置平台上并且要玻璃中心对正平台中心，得先让光纤位置、平台中心建立一套系统，但是平台是无法移到光纤下进行定位的。而x(CCD)-y-θ平台系统中的CCD镜头是可以获得平台的旋转中心的，所以我们需要借助于x(CCD)-y-θ平台系统中的CCD镜头来完成标定。标定流程如图4所示。

由于Step C和Step D都是x、y平移，这里就不说明具体计算了。向量的值则是由算式：=O(XO，YO)-F(XF，YF)得到。

5 定位算法

图4 标定流程图

(1)仍需获取玻璃左上角的坐标A(xA，yA)，具体方法同上。另外，我们还要获取玻璃的角度，因为不仅要将玻璃中心对正平台中心，还要将玻璃角度和平台角度保持一致，以便于后续生产。玻璃角度dθ获取的公式：

其中，W为玻璃宽（x向），L为玻璃长（y向）。

所以当玻璃偏转角度dθ时，有：

这样，得到实际玻璃中心坐标O′：

再根据标定得到的向量FO→即可得到移载需要走的x向距离dx和xCCD)-y-θ平台需要走的y向距离dy以及需要转的角度dθ。

以下是每次取出玻璃经光纤定位放到x (CCD)-y-θ平台后，玻璃Mark点距离CCD镜头视野中心的x、y差值见表1。

表1 实验数据

经过实际生产验证，对位精度小于0.1 mm，如果算上机械结构误差以及放置玻璃时产生的误差，最后移载偏差也小于0.25 mm，而且搜索范围SearchLength可以达到分米级甚至更大，对位效率CircleTime＜8 s/p。完全满足后续生产线初定位的需求（精度d＜0.5 mm，搜索范围SearchLength＞20 mm，效率CircleTime＜15 s）。

（3）精度的进一步提高。前面我们做了一般性的光纤对位方法，已经很好地达到预期目的，但如果是高精度作业还需在以上对位方法加一些改动。由于CircleTime比较宽裕，可在定位玻璃左上角求直线的时候多探测一些点 Y3、X3、Y4、X4……这样可应用线性归一方程分别拟合两条直线，再求交点。这样就大大减小了光纤探测玻璃边缘时候的误差。甚至还可以通过计算排除掉一两个误差较大的点来进一步提高精度。

6 结论

当来料尺寸较大，位置变化范围较大时，我们就不能依赖CCD镜头定位。光纤搜索恰好可以解决这方面的问题。这种定位方法在自动化生产作业中具有很大的应用意义。

Design and Application of Fiber-Position System In Feeding LCD/TFT Glass

LE Zhihu，LIAO Yi，LI Jian，ZHANG Bo

(Taiyuan Fenghua Information-equipment Co.，Ltd，Taiyuan 030024，China)

For satisfying the LCD glass ascends to anticipate the early fixed position in machine searches for the scope is big，fixed position the accuracy is high to guarantee the need of the efficiency at the same time，to fiber optic，picture fixed position proceeded the analysis，contrast.Introducing the fiber optic positions the concept，principle，function of the system.Then，for the sake of easy to application，emphasized to introduce the fiber-optic system with downstream CCD system of in association with the mark settles and gave the process with calculate way.Pass the actual experiment data that application was verified fiber optic the fixed position the system finally.

Position System；Fiber-Position；CCD-Position；LCD/TFT

TN605

B

1004-4507(2015)02-0011-04

乐志虎（1984-），男，山西太原人，大学本科，现就职于太原风华信息装备股份有限公司，从事电子专用设备的研发工作。

2015-02-05