工业4.0之显示器自动化生产线

福建捷联电子有限公司 林秋娟

传统的显示器生产属于生产力密集型的行业，产品生产过程的一系列工序流程依托于大量的劳动力。近年来，劳动力成本的不断攀升，自动化技术的不断进度，工业4.0推动着传统显示器行业进行了推陈革新，智能制造成为大势所趋。而线体自动化程度决定了产品的品质，精度，时间成本，人力成本等等。

作为全球著名的显示器制造商，全球拥有数个制造基地，成熟的全球化生产运作体系下，如何让自动化生产+智能制造稳步推进成为当前的首要任务。紧跟工业4.0步伐，大阔步进行之智能化改造迫在眉睫，特成立工业4.0部门对工厂进行智能化改造。

改造前的生产线主要存在以下问题：

（1）人工组装，定位精度较差，易存在变异影响产品组配公差。

（2）肉眼检验，容易出现视觉疲劳，影响问题检出率，易造成不良品流出，对产品品质管控不利。

（3）缺乏数据分析功能，无法及时自动纠偏，自动化程度低。

（4）人力日益攀升，直接作业人力招聘难度高，智能化改造已于大势所趋。

基于以上原因，工厂决定针对显示器生产线体，从SMT→MI→LCM→成品组装各环节进行自动化改造，本文重点介绍其中的LCM线体自动化改造项目。

1 LCM线体介绍

作为显示器最重要的部件，LCM即为LCD显示模组、液晶模块，是指将液晶显示器件连接件，控制与驱动等外围电路，PCB电路板，背光源，结构件等装配在一起的组件。LCM组件涵盖了OC、导光板、扩散片、胶框、背板、LED灯条、塑胶机构件等等。如何将快速、高精度将众多配件组配在一起，给用户呈现最佳的视觉效果，这就是LCM线体一直寻求改变提高组配质量的动力。

2 改造方案

重点针对精度要求高的关键站位，包含投放背板、OC组装和保压、反射片安装、扩散片装、LGP灯条组装等等均进行智能化改造，改变目前人工+辅助治具完成的现状，实现全自动化。

改造前：

如图1所示，LCM组装工序多，人工作业环节多，组装精度不易控制，且因作业环境为无尘环境，对作业人员要求较高，且无法自动控制，实时监测偏差并及时纠偏。

图1 LCM组装工序

改造后：

精度要求高的关键站位，包含投放背板、OC组装和保压、反射片安装、扩散片装、LGP灯条组装等等均实现自动化，优化了组装效率及精度，同步画检站同步导入AOI自动检测，大大提升了问题的侦测力，改善了LCM组件的品质。

3 组配线体改造项目

本次LCM自动装配线体自动化改造主要采用了一系列先进的ABB 6轴工业机器手臂（如3.1&3.2）用于精度要求高，作业难度大，品质要求高的工序，用于提升线体的整体效益。ABB机器手臂是一种的可编程的自动机械手臂，它们依靠可移动的身体结构、伺服装置、传感系统、电源系统以及用于控制所有这些要素的计算机系统程序来搭配完成任务。

ABB主要采用RAPID编程，RAPID程序由程序模块和系统模块组成，通过RAPID编程创建不同需求的程序，机器人可以精确地移动机器臂，使机器臂不断重复完全相同的动作。机器人利用运动传感器来确保自己完全按正确的位置及路径移动，最终实现物料的精确抓取及组配。同时ABB机器人有一套严谨的防碰撞系统，其工作原理是减少碰撞力对机器人本体的影响，避免机器人本体或者外围设备等损坏。防碰撞传感器非常灵敏，当碰撞事件发生时，机器人会立即停止工作，并沿先前的行走路线的反方向移动一小段距离用以释放残余应力。直到碰撞报警被确认解除之后，机器人才可继续沿着预先设定的工作路径继续工作。

3.1 自动投反射片&扩散片、LGP组件

视觉采用海康工业镜头，精准定位并通过机械手臂，实现自动抓拍背板产品位置和反射片位置，通过系统算法，每次根据反馈的数值进行自动差补中心位置差来调整位置，实现高精度自动组装，设备精度达到±0.02mm，组装精度0.2mm。从而达成人员零接触，避免人工组装磕碰伤，脏污等问题，改善异物环境。同时此类设备全过程100%离子静电消除，同时防止静电对LB的伤害。

3.2 自动组OC

自动OC组装机台，采用工业机械手搭配视觉系统完成组装，采用2套6轴的ABB机械手和1套EPSON的4轴机械手来分段处理OC撕膜，以达到300UPPH的速度要求。此设备为业界首创曲面自动机械手压弯后，再曲面自动贴合组装，组装过程实时监控调整组装位置，形成闭环反馈位置

来调整位置精度，达到组装精度0.2mm，有效的控制无边框产品左右GAP值以及左右侧的均匀度。此设备实现了平/曲面机种组配的兼容，同时达成了到R1000-R1800的曲率机型的兼容组配。

3.3 OC自动保压

自动保压机台采用分区分点自动检测产品6个区域的压力值；采用机械手自动取放LCM组件，完成自动上下料的动作，配套采用伺服垂直上下压合产品，在达到保压数值的要求后，停止保压10S，确保产品有效的贴合，此设备可以自动反馈压力参数，在压力值未达到的情况下，实现自动报警调整参数。

4 光学AIO自动检测项目

本次LCM线体画检自动化方案采用采用柔性化制造部署+全方位光学识别的AIO检测方式，成像系统采用专业工业级摄像头、激光传感器、定制的光场光源组合达到科研级成像系统的构建。操作系统基于四色法和平场标定的标准色亮度测量、动态阈值的智能自动光学缺陷检测方式，实现了不同产品的诸如LCD/OLED/Mini-LED/MicroLED等兼容，同时可支持不同尺寸的平面与曲面产品的测试查验，测试结果可实时上传服务器或本地设备。

AIO自动画检用智能算法赋能光学检测，采用逐点色亮度重构和基于邻域差异的像素级别缺陷检测和定位方式，并用标准积分球光源的平场标定和四色标定方案以重建相对的标CI色亮度矩阵Lxy，再结合局域对比度的动态阈值，缺陷检测算法做出最终检测结果的判定。

多角度成像全面缺陷诊断如图2所示。

图2 多角度成像全面缺陷诊断

AIO自动检测应用多角度成像实现了常规的线、点、像素缺陷、漏光等缺陷检测的同时，更是解决了人工检测难点，如边缘角落漏光、浅色异物、对角线Mura、蝴蝶状Mura、块状脏污类缺陷分析、色度、均匀度等等。

AIO自动画检运作模式：

自动对位：产品入料后自动校正，确保测试画面完整清晰。

改造后的智能制造生产线具备以下重要特性：

（1）生产过程可视化

整个系统采用同一套组态、调试、监控工具，整个生产过程全部设备应实现组态统一化、数据透明化，便于维护与优化。

（2）生产过程自动化

实现了对多种类别、多种品牌、多种型号设备、多系统（机械臂、自动检测系统）的自动综合管控，解决了人工组装，精度差，易存在变异影响产品组配公差，提升了产品精度效率，同时解决人工作业肉眼疲劳检测存在漏检，保证了出厂产品的品质。

（3）云端控制便利

LCM线体自动化改造在实现生产流程全自动化的功能基础上，也逐步优化了控制系统的远程控制，实现远程协同、远程调试等功能，对硬件及系统维护工程师均提供了极大的便利。