工業4.0之顯示器自動化生產線

福建捷聯電子有限公司 林秋娟

傳統的顯示器生產屬于生產力密集型的行業，產品生產過程的一系列工序流程依托于大量的勞動力。近年來，勞動力成本的不斷攀升，自動化技術的不斷進度，工業4.0推動著傳統顯示器行業進行了推陳革新，智能制造成為大勢所趨。而線體自動化程度決定了產品的品質，精度，時間成本，人力成本等等。

作為全球著名的顯示器制造商，全球擁有數個制造基地，成熟的全球化生產運作體系下，如何讓自動化生產+智能制造穩步推進成為當前的首要任務。緊跟工業4.0步伐，大闊步進行之智能化改造迫在眉睫，特成立工業4.0部門對工廠進行智能化改造。

改造前的生產線主要存在以下問題：

（1）人工組裝，定位精度較差，易存在變異影響產品組配公差。

（2）肉眼檢驗，容易出現視覺疲勞，影響問題檢出率，易造成不良品流出，對產品品質管控不利。

（3）缺乏數據分析功能，無法及時自動糾偏，自動化程度低。

（4）人力日益攀升，直接作業人力招聘難度高，智能化改造已于大勢所趨。

基于以上原因，工廠決定針對顯示器生產線體，從SMT→MI→LCM→成品組裝各環節進行自動化改造，本文重點介紹其中的LCM線體自動化改造項目。

1 LCM線體介紹

作為顯示器最重要的部件，LCM即為LCD顯示模組、液晶模塊，是指將液晶顯示器件連接件，控制與驅動等外圍電路，PCB電路板，背光源，結構件等裝配在一起的組件。LCM組件涵蓋了OC、導光板、擴散片、膠框、背板、LED燈條、塑膠機構件等等。如何將快速、高精度將眾多配件組配在一起，給用戶呈現最佳的視覺效果，這就是LCM線體一直尋求改變提高組配質量的動力。

2 改造方案

重點針對精度要求高的關鍵站位，包含投放背板、OC組裝和保壓、反射片安裝、擴散片裝、LGP燈條組裝等等均進行智能化改造，改變目前人工+輔助治具完成的現狀，實現全自動化。

改造前：

如圖1所示，LCM組裝工序多，人工作業環節多，組裝精度不易控制，且因作業環境為無塵環境，對作業人員要求較高，且無法自動控制，實時監測偏差并及時糾偏。

圖1 LCM組裝工序

改造后：

精度要求高的關鍵站位，包含投放背板、OC組裝和保壓、反射片安裝、擴散片裝、LGP燈條組裝等等均實現自動化，優化了組裝效率及精度，同步畫檢站同步導入AOI自動檢測，大大提升了問題的偵測力，改善了LCM組件的品質。

3 組配線體改造項目

本次LCM自動裝配線體自動化改造主要采用了一系列先進的ABB 6軸工業機器手臂（如3.1&3.2）用于精度要求高，作業難度大，品質要求高的工序，用于提升線體的整體效益。ABB機器手臂是一種的可編程的自動機械手臂，它們依靠可移動的身體結構、伺服裝置、傳感系統、電源系統以及用于控制所有這些要素的計算機系統程序來搭配完成任務。

ABB主要采用RAPID編程，RAPID程序由程序模塊和系統模塊組成，通過RAPID編程創建不同需求的程序，機器人可以精確地移動機器臂，使機器臂不斷重復完全相同的動作。機器人利用運動傳感器來確保自己完全按正確的位置及路徑移動，最終實現物料的精確抓取及組配。同時ABB機器人有一套嚴謹的防碰撞系統，其工作原理是減少碰撞力對機器人本體的影響，避免機器人本體或者外圍設備等損壞。防碰撞傳感器非常靈敏，當碰撞事件發生時，機器人會立即停止工作，并沿先前的行走路線的反方向移動一小段距離用以釋放殘余應力。直到碰撞報警被確認解除之后，機器人才可繼續沿著預先設定的工作路徑繼續工作。

3.1 自動投反射片&擴散片、LGP組件

視覺采用?？倒I鏡頭，精準定位并通過機械手臂，實現自動抓拍背板產品位置和反射片位置，通過系統算法，每次根據反饋的數值進行自動差補中心位置差來調整位置，實現高精度自動組裝，設備精度達到±0.02mm，組裝精度0.2mm。從而達成人員零接觸，避免人工組裝磕碰傷，臟污等問題，改善異物環境。同時此類設備全過程100%離子靜電消除，同時防止靜電對LB的傷害。

3.2 自動組OC

自動OC組裝機臺，采用工業機械手搭配視覺系統完成組裝，采用2套6軸的ABB機械手和1套EPSON的4軸機械手來分段處理OC撕膜，以達到300UPPH的速度要求。此設備為業界首創曲面自動機械手壓彎后，再曲面自動貼合組裝，組裝過程實時監控調整組裝位置，形成閉環反饋位置

來調整位置精度，達到組裝精度0.2mm，有效的控制無邊框產品左右GAP值以及左右側的均勻度。此設備實現了平/曲面機種組配的兼容，同時達成了到R1000-R1800的曲率機型的兼容組配。

3.3 OC自動保壓

自動保壓機臺采用分區分點自動檢測產品6個區域的壓力值；采用機械手自動取放LCM組件，完成自動上下料的動作，配套采用伺服垂直上下壓合產品，在達到保壓數值的要求后，停止保壓10S，確保產品有效的貼合，此設備可以自動反饋壓力參數，在壓力值未達到的情況下，實現自動報警調整參數。

4 光學AIO自動檢測項目

本次LCM線體畫檢自動化方案采用采用柔性化制造部署+全方位光學識別的AIO檢測方式，成像系統采用專業工業級攝像頭、激光傳感器、定制的光場光源組合達到科研級成像系統的構建。操作系統基于四色法和平場標定的標準色亮度測量、動態閾值的智能自動光學缺陷檢測方式，實現了不同產品的諸如LCD/OLED/Mini-LED/MicroLED等兼容，同時可支持不同尺寸的平面與曲面產品的測試查驗，測試結果可實時上傳服務器或本地設備。

AIO自動畫檢用智能算法賦能光學檢測，采用逐點色亮度重構和基于鄰域差異的像素級別缺陷檢測和定位方式，并用標準積分球光源的平場標定和四色標定方案以重建相對的標CI色亮度矩陣Lxy，再結合局域對比度的動態閾值，缺陷檢測算法做出最終檢測結果的判定。

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自動檢測應用多角度成像實現了常規的線、點、像素缺陷、漏光等缺陷檢測的同時，更是解決了人工檢測難點，如邊緣角落漏光、淺色異物、對角線Mura、蝴蝶狀Mura、塊狀臟污類缺陷分析、色度、均勻度等等。

AIO自動畫檢運作模式：

自動對位：產品入料后自動校正，確保測試畫面完整清晰。

改造后的智能制造生產線具備以下重要特性：

（1）生產過程可視化

整個系統采用同一套組態、調試、監控工具，整個生產過程全部設備應實現組態統一化、數據透明化，便于維護與優化。

（2）生產過程自動化

實現了對多種類別、多種品牌、多種型號設備、多系統（機械臂、自動檢測系統）的自動綜合管控，解決了人工組裝，精度差，易存在變異影響產品組配公差，提升了產品精度效率，同時解決人工作業肉眼疲勞檢測存在漏檢，保證了出廠產品的品質。

（3）云端控制便利

LCM線體自動化改造在實現生產流程全自動化的功能基礎上，也逐步優化了控制系統的遠程控制，實現遠程協同、遠程調試等功能，對硬件及系統維護工程師均提供了極大的便利。