汽車多媒體觸摸屏校準檢驗系統的設計

霍淑珍

（天津市職業大學，天津 300402）

0 引言

觸摸屏越來越多的應用于汽車多媒體產品中，給人們帶來更多娛樂享受的同時，還可以提供更多的信息。觸摸技術在汽車娛樂系統中的比重越來越大。觸摸屏生產過程中需要將觸摸屏貼到顯示屏上，由于工藝的原因不可避免的出現平移和錯位等問題，生產過程中需要對觸摸屏進行校準，但是該過程通常比較浪費人力，而且校準精度受人為因素影響，不適合大規模批量化精益生產。如何能夠生產出高質量的觸摸屏產品對生產企業來說至關重要。本文介紹了一種基于PLC，智能相機和機械手的觸摸屏校準及檢測系統，能夠提高生產效率減少生產成本。

1 校準檢驗原理

觸摸屏的校準過程就是推導觸摸屏點坐標和顯示屏點坐標之間對應關系的過程，設顯示屏坐標為（U，V）的點在觸摸屏上的坐標為（x,y），則兩點之間用數學方程式表示為：

U=Ax+By+C

V=Dx+Ey+F

校準的過程就是求解該方程組系數A，B，C，D，E，F的過程，根據方程組系數矩陣可知需要三個坐標點可以求出該系數矩陣。為了得到更精確的校準精度，通常將屏幕分成四個部分進行校準，這樣得到四組方程組系數矩陣。當觸摸屏的某點被點擊時根據相應區域的方程式進行計算。對于整個屏幕需要知道五個點的坐標可以求出四個方程組的系數，從而得到校準方程。

實際系統中，嵌入式程序依次在顯示屏上顯示出五個固定坐標的點，該五個點位于屏幕的四個角與中心位置，所以已知坐標（Ui,Vi）值。檢測系統按照次序依次使用觸摸筆點擊顯示屏十字叉焦點，嵌入式程序同樣依次記錄對應觸摸屏坐標值（xi，yi），然后按公式計算方程組系數完成校準。五點坐標圖如圖1 所示。

圖1 屏幕校準5 點圖Fig.1 Five points on display screen

校準完成后，還需要檢驗校準的準確度，做法是嵌入式軟件在顯示屏上平均分布九個小按鈕，檢測系統點擊每個按鈕，查看觸摸屏按鈕的點擊位置坐標通過換算方程式換算后是否在誤差允許范圍內。完成校準后，系統還需要對觸摸屏進行彩條顯示檢測和背光檢測，嵌入式系統的視頻輸入端連接到視頻信號發生器輸出端，嵌入式系統將視頻信號顯示到顯示屏上，通過智能相機分析彩條顯示質量。對于背光檢測同樣通過相機進行明暗分析。

2 系統組成

圖2 系統結構Fig.2 System structure

本系統選用了Epson LS3 型機械手，該機械手額定載荷1kg，工作半徑400mm，第一關節運動速度6000mm/s。重復精度0.01mm。本系統的負荷主要包括智能相機的鏡頭和機械手指，該型機械人滿足載荷、速度和精度要求,機械手為系統的運動單元，負責帶動智能相機鏡頭運動及機械手指點擊觸摸屏的動作。對于圖像的檢測采用了COGNEX 生產的In-Sight5605 型彩色智能相機，相機分辨率為2448×2050，幀速度為16fps,該相機分辨率高，能夠分辨較難發現的缺陷，較高的測量精度。產品的測試控制軟件安裝在工業PC 上，與產品的通訊采用NI 高速CAN 卡，通訊速率采用500kb/s，測試控制軟件主要實現待測產品的測試需求，協調同步PLC、機械手、智能相機完成檢測工作。記錄測試數據結果及相機所拍攝的圖像，與CAM 系統協調生產流程控制。PLC 及觸摸屏控制產品的進出，系統的安全保護，各種輸入輸出信號的處理等工作。系統結構圖如圖2 所示。PLC 與機械手之間采用I/O 端口通訊。PC、智能相機和機械手之間采用網絡Socket 方式進行通訊。PC 與PLC 采用以太網通訊。產品供電電源采用N6700, 該電源提供多種編程接口，本系統中PC 采用USB 口控制。

3 軟件結構及實現

系統軟件主要由五部分組成：嵌入式軟件、測試控制軟件、PLC 軟件、智能相機控制軟件、機械手軟件。測試控制軟件通過CAN 總線與嵌入式軟件通訊，完成對待測單元的控制，包括待校準點的顯示，校準完成后各個視頻通路的控制及彩條顯示，校準質量檢測等。測試控制軟件與PLC 之間通過網絡通訊，PLC 通知測試軟件有產品已經進入系統等待測試，測試控制軟件完成測試后通知PLC 產品已經測試完畢，將產品移出系統，并點亮相應指示燈。測試控制軟件和智能相機控制軟件它們安裝在同一臺主機上，通過Socket 通訊，測試軟件通知智能相機產品的校準十字叉已經出現可以去拍照獲取十字叉位置信息并傳遞給機械手或者彩條已經出現開始進行視頻信號檢測。機械手與智能相機之間的通訊同樣采用網絡方式，傳遞給機械手十字叉的位置信息控制機械手走動的距離，保準產品的校準精度。

嵌入式校準軟件作為整個Linux 系統的一個應用程序，當產品進入工位上電以后，產品處于應用模式，測試軟件發送CAN 命令產品啟動校準程序，進入校準模式后，產品顯示屏首先顯示中間位置十字叉，等待機械手臂的觸摸手指點擊該十字叉，被點擊后該十字叉消失，系統記錄觸摸屏的位置信息并顯示下一十字叉。重復該動作5 次后，系統計算轉換矩陣并且存儲在指定位置。Linux 觸摸屏驅動程序根據該轉換矩陣計算出校準后的屏幕點擊位置并為系統所利用，校準程序流程如圖3 所示。對于彩條顯示，明暗度調節，驗證按鈕顯示同樣通過命令方式進入，并通過智能相機拍照檢測。

測試控制軟件作為上位機軟件采用NI公司的Lab Windows集成開發環境編寫，該環境集成了多種儀器設備的驅動庫，可以方便的實現對儀器設備的控制，與Lab View 相比具有執行速度快的優點。程序啟動后首先初始化儀器設備，檢查各個子系統之間的鏈接情況，一切正常后啟動線程，控制軟件采用雙線程機制，通過函數CreateThread 啟動線程

圖3 產品軟件校準流程圖Fig.3 Product calibration program chart

CreateThread（NULL，0，（LPTHREAD_START_ROUTINE）NewFixture，（LPVOID）&fixtureStatus，&FixtureThreadId[fixture]）；

每一線程對應一個待測產品。通過LoadPanel 函數將各自的顯示窗口加載到主界面中。線程啟動后不斷地查詢PLC 是否有待測產品。待測產品到位后，測試軟件開始工作，首先，通過函數agN67xx_setOutputState 將產品電源供電，并且通過函數agN67xx_measureCurr 讀取工作電流是否正常，然后通過ncWrite 函數發送CAN 消息使得產品進入校準模式，通知機械手進行校準動作，校準完畢后，驗證校準結果。隨后發送CAN 消息使得產品進入彩條檢測模式，并通知相機檢測程序進行彩條檢測。檢測完畢后通知PLC 將產品退出。程序流程如圖4 所示。

相機程序使用VB語言編寫，Cognex 公司提供了一個功能強大的圖形分析軟件Cognex.VisionPro,使用該軟件可以方便的實現對Cognex 相機的控制，圖形的分析。相機程序的工作主要有兩部分組成，十字光標點坐標的獲取和彩條圖像質量分析。通過GigE Vision Configuration Tool 對相機進行IP地址配置，使得相機程序能夠連接到機械手。在VB 編輯環境中，在Cognex.VisionPro 找到需要用到的DLL 模塊將其加載進來。Cognex.VisionPro 中提供了豐富的圖形質量分析工具。本系統中用到了ColorMatch 類和CogTGCheck 類。ColorMatch 類提供了圖形質量的分析結果，設定一定的限值后，該類給出測試結果。CogTGCheck 類能夠在圖像中查找特定的圖形，本系統中查找十字叉并且給出坐標信息，通過SendData()函數發送到Robot 程序。該程序通過網絡接受測試控制軟件發送的命令字進行不同功能部分之間的切換。例如，接到‘11’命令字后進行十字光標位置獲取，接到‘21’后檢測彩條質量。

圖4 系統控制流程圖Fig.4 System control flow chart

機械手程序通過EPSON RC+軟件進行編寫，通過該軟件和簡單的程序編寫就可以實現對Robot 的控制。PLC 與機械手之間根據I/O 硬件進行連接，Robot 通過讀取I/O 的輸入值判斷PLC 需要的動作，并且通過Output 給PLC 反饋執行結果。機械手通過網絡端口接收相機發送的十字光標坐標信息，并且換算成為相對于機械手原點的位置坐標通過Jump命令跳轉到該位置，實現機械手指點擊十字光標的動作。

PLC 為整個系統動作控制的核心，檢測是否有產品放入，通過電缸將產品送入機械手的操作區域，通過氣缸將產品鎖緊。產品測試完成后送出，并且通過LED燈指示測試結果。檢查安全光幕是否被觸發，停止動作等。PLC 通過網絡與測試控制軟件發送和接收FINs 命令，根據不同的命令內容實現不同的動作。

4 結論

系統在實際應用中工作穩定，能夠實現對觸摸屏的正確校準，減少了人為因素對于校準效果的影響，對于產品的質量控制統一了標準，減少人工不同視覺感官帶來的不同。在生產成本上，能夠減少人員的勞動強度，節約了人力成本。

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