王 芳，金 敏，申璐青，陳 磊

( 中國電子科技集團公司第二研究所， 山西 太原030024)

信息技術的發(fā)展離不開顯示技術，人機對話最直接的界面就是顯示器。顯示器件在信息產(chǎn)業(yè)中的地位是不言而喻的。在人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G、超高清等新技術不斷發(fā)展，持續(xù)突破的階段，顯示屏幕承擔了信息呈現(xiàn)的重要作用，是信息技術創(chuàng)新鏈條上的重要一環(huán)。

柔性AMOLED（有源矩陣有機發(fā)光二極管）屏幕與智能手機的結(jié)合不僅帶來了全新的折疊手機，同時也涉及到柔性電子材料、精密元器件、屏下傳感器、軟件開發(fā)等多個領域，對于上游技術創(chuàng)新與發(fā)展具有極強的帶動作用；另一方面，柔性產(chǎn)品與智能網(wǎng)聯(lián)汽車、智能家居、人工智能等其他新技術相結(jié)合，也大幅增加和豐富了人機交互應用場景，有望為顯示產(chǎn)業(yè)乃至整個電子信息產(chǎn)業(yè)帶來新模式、新業(yè)態(tài)和新變革。AMOLED 智能除泡生產(chǎn)線裝備在應用上具有廣泛性，需求非常旺盛，實現(xiàn)國產(chǎn)化自主可控極為重要。

1 核心工藝研究

柔性AMOLED 手機屏的基本結(jié)構如圖1 所示，在每一層之間進行貼合后，需要利用壓力及溫度變化將貼合過程中產(chǎn)生的氣泡散開，增強不同材料之間的粘合力。在整個柔性AMOLED 屏的生產(chǎn)線中，有三處不同的工藝階段均需進行除泡。

圖1 屏幕結(jié)構示意圖

1.1 氣泡產(chǎn)生的原因

屏幕貼合后氣泡產(chǎn)生的原因為貼合上下表面不完全平整。比如在CG 蓋板邊緣會集成很多線路，這些線路會使蓋板邊緣的厚度變得不均勻產(chǎn)生高度差，中間的貼合膠如果很薄，貼合屏幕后很容易出現(xiàn)氣泡反彈的情況。3D 屏、折疊屏的轉(zhuǎn)折處也容易產(chǎn)生頑固氣泡。

如圖2 所示，微觀狀態(tài)下貼合表面一定是不規(guī)則粗糙、凹凸不平，因此氣泡的產(chǎn)生是不可避免的。

圖2 微觀狀態(tài)貼合表面示意圖

1.2 除泡機理的研究

除泡的作用是平衡貼合應力、消除氣泡和增強粘接力。除泡的三大要素為時間、溫度、壓力。膠與接觸面完全接觸過程如圖3 所示。其中，溫度加熱可以加速膠的流動性及滋潤度，在較短的時間內(nèi)與接觸面積完全接觸；空氣加壓可加速膠的流動，增加滋潤度并產(chǎn)生適當?shù)臄D壓壓力，去除氣泡、平衡應力；而一定時間的保溫保壓可以使膠持續(xù)流動，催化溶入現(xiàn)象去除氣泡，增強粘接力。

圖3 膠與接觸面完全接觸過程

除泡機的動作是壓力和溫度同時或分時產(chǎn)生的，依照時間設定開始除泡程序，直到除泡時間完成后再進行降溫減壓。在整個過程中，貼合膠及觸摸屏（TP）對于溫度壓力敏感程度不一致，當壓力溫度快速變化時，觸摸屏的挺性很快恢復，但貼合膠還殘留一定的核心溫度，內(nèi)應力較小就很容易被觸摸屏挺性應力拉開產(chǎn)生小氣泡。

因此必須有效減少觸摸屏挺性應力與貼合膠應力恢復的不平衡現(xiàn)象，根據(jù)上述可靠性實驗分析研究溫度、壓力和時間對觸摸屏及貼合膠的應力變化。除泡過程必須嚴格精確控制溫度、壓力的升降，以達到良好的除泡效果。

2 邏輯流程優(yōu)化設計

為提高自動除泡機的綜合性能，結(jié)合客戶的實際生產(chǎn)需要，在原有傳統(tǒng)除泡機的基礎上，對除泡機的控制系統(tǒng)進行了升級優(yōu)化設計。從新則功能、通訊系統(tǒng)軟件優(yōu)化、制定功能塊（FB）標準化模塊、視覺圖像等方面進行了優(yōu)化，大大提升了除泡機的應用范圍，為開拓更廣泛的市場奠定了良好的技術基礎。

2.1 Bypass 搬運

除泡機大多數(shù)的應用場景都是將上游送來的產(chǎn)品在高溫、高壓條件下進行一段時間的除泡。工作流程如圖4 所示，上周轉(zhuǎn)機械手從上游設備下料位置抓取玻璃放置周轉(zhuǎn)臺上，此時腔體1 載物托盤伸出，下料機械手先將處理好的產(chǎn)品抓取放置在下料周轉(zhuǎn)平臺上供下游設備抓取，上料機械手從周轉(zhuǎn)臺上抓取產(chǎn)品放置在載物托盤上，根據(jù)工藝參數(shù)設置，重復此動作，直至載物托盤玻璃放置完畢。載物托盤退回腔體1 鎖閉開始除泡；按照上述動作流程多個腔體順序循環(huán)動作，實現(xiàn)設備的自動運行。

圖4 除泡機結(jié)構示意圖

針對某些不需要除泡的液晶面板（NG Panel），之前的做法是人工將上游產(chǎn)品進行搬運，直接進行除泡工藝之后的下一道工序?；谠撉闆r，需打破傳統(tǒng)除泡機的工序，對除泡機自動化功能進行升級優(yōu)化，要求設備具備只搬運不除泡（即Bypass）的新工藝功能，由此實現(xiàn)除泡設備應用場景的全面覆蓋，為今后適應后續(xù)各種工藝生產(chǎn)線奠定基礎。

如圖5 所示，在人機界面添加“開啟Bypass”按鈕，并可以根據(jù)實際生產(chǎn)需求設定從第幾片后開啟該功能，同時可以通過觸屏界面實時查看當前Bypass 的產(chǎn)品片數(shù)。

圖5 Bypass 功能界面示意圖

當腔體抽出到某一位置時，若選擇“開啟Bypass 功能”，則托盤暫停動作，既不伸出也不退回，此時托盤相當于一個搬運平臺，托盤上料機械手從上周轉(zhuǎn)平臺吸附產(chǎn)品后放到托盤平臺上，再由下料機械手從托盤將產(chǎn)品吸起，放至下周轉(zhuǎn)臺，依此循環(huán)進行，實現(xiàn)除泡設備的搬運功能。

2.2 上下游交互日志

在客戶現(xiàn)場上下游交互信號對接，有時候聯(lián)機出現(xiàn)問題時，經(jīng)常難以確定問題出現(xiàn)時刻的信號信息。為了便于查看聯(lián)機交互信號，快速準確地查找問題，特開發(fā)此功能，具體實現(xiàn)程序代碼如圖6 所示，實現(xiàn)上下游交互信號歷史查看日志（LOG），人機操作界面見圖7。

圖6 交互LOG 程序?qū)崿F(xiàn)代碼

圖7 交互LOG 觸屏界面

此功能對于處理現(xiàn)場問題具有很大的實用性，對于不便于撲捉到的實時上下游交互信號，記錄LOG 日志就發(fā)揮了歷史查詢可做到“有據(jù)可循”。

2.3 配方分區(qū)

由于目前液晶面板的覆蓋尺寸跨度大，針對不同尺寸的液晶面板，設備的動作流程也不同——大尺寸產(chǎn)品從滾輪（CV）橫向來料，上料手臂吸附后先旋轉(zhuǎn)后搬運送至腔體，一個腔體放置1 片；而小尺寸產(chǎn)品則從滾輪縱向來料，上料手臂吸附后直接搬運送至腔體，一個腔可以放2 片。針對這種情況，通過軟件設計，并結(jié)合配方界面的尺寸選擇，對應不同的分區(qū)吸附，同時在人機操作界面配方界面添加尺寸選擇按鈕，實現(xiàn)尺寸配方的一鍵切換，實現(xiàn)便捷操作，從而優(yōu)化設備性能，如圖8 所示。

圖8 配方分區(qū)界面

3 制定FB 標準化模塊

根據(jù)多年的設備軟件編程經(jīng)驗，將設備相對固定的機械結(jié)構部件進行功能塊（FB）模塊化編寫，將已通過驗證、運行穩(wěn)定的軟件形成功能塊。目前已形成部門軟件標準，在軟件小組內(nèi)推廣。

如圖9 所示，伺服軸模塊包含運動控制模塊的軸數(shù)、軸號、定位編號、當前進給值、軸狀態(tài)、軸速度等多個輸入（INPUT），封裝的功能塊適用于4 軸、16 軸的定位模塊，這樣極大地縮短了軸控制的程序編寫量，且穩(wěn)定可靠。面對目前部門專屬定制型訂單多的現(xiàn)狀，調(diào)用內(nèi)部標準功能塊，可大大縮短設備的軟件編程時間，穩(wěn)定可靠。

圖9 FB 軟件設計模塊化

4 通訊系統(tǒng)軟件優(yōu)化

目前的自動除泡機有兩種模式——抽屜式自動除泡機和罐體式自動除泡機。除泡機的生產(chǎn)工藝需要設置溫度、壓力等參數(shù)，需要溫控模塊和AD模塊等來實現(xiàn)，同時還有許多客戶現(xiàn)場需要增加FFU 凈化單元，這些都需要與設備進行通訊。

之前的自動除泡機通訊方式成本高，電氣硬件方面接線復雜，線路較多。通訊模塊多，設置參數(shù)繁瑣。現(xiàn)場會出現(xiàn)因為模塊硬件故障引起的設備故障。

改善后的效果：

（1）通過編寫軟件通訊模塊相關485 通訊程序，形成標準功能模塊，節(jié)約了2 個Modbus 模塊，成本低；

（2）接線簡單，減少了復雜的線路；

（3）減少模塊數(shù)量，參數(shù)設置簡單；

（4）程序調(diào)用簡單，調(diào)試時測試無誤后，避免了相關硬件引起的設備故障，提高了設備通訊的穩(wěn)定性。

5 視覺圖像優(yōu)化

5.1 視覺定位改進算法

柔性屏在托盤中會有不同程度的彎曲，導致相機中投影的圖像有一定程度的變形，甚至是反光。常規(guī)定位算法對此類情況容易造成誤判和漏檢。

解決方案：

在之前的形狀匹配算法中加入對局部形變的容忍算法，同時使用三階最小二乘方插值。允許被匹配對象有局部形變，也能準確的識別。同時保證很高的定位精度。如圖10 所示，屏幕未變形時，形狀模型可以和圖像精確匹配柔性屏中間翹起，導致長度變短和右側(cè)出現(xiàn)明顯的反光干擾。圖10 中能看到形狀輪廓比實際的圖像大，但也準確找到屏的位置。

圖10 未變形、變形屏幕

5.2 屏幕和背景只有極小對比度的產(chǎn)品定位

柔性屏表面是塑料膜，相比LCD（液晶）屏幕對光源的散射更多，反光更少。一些情況下需要在黑色防靜電平臺上定位。此時屏幕和背景只有10 個左右的灰度差，對比度極小，容易引起定位失敗。

解決方案：放棄模板匹配的定位方案。使用矩形擬合方式，在圖像中使用一維測量算法找到屏幕和背景的邊界點，再將所有找到的點迭代擬合矩形。這樣部分邊界點的錯誤不會影響最終結(jié)果。可以高精度并穩(wěn)定的測量出屏幕位置。

背景和屏幕只有10 個灰度差。但找到的屏幕邊緣和實際邊緣的誤差不超過1 個像素。使用矩形擬合同時擬合4 條邊，比使用線性擬合分別擬合4 條邊，能得到更好的穩(wěn)定性和更高的精度。

5.3 在同一工位實現(xiàn)多屏幕定位和多二維碼掃碼

托盤中需要屏幕定位抓取和二維碼掃碼上報。之前使用兩套系統(tǒng)分別定位和掃碼，而且每次只能掃一片屏幕的二維碼，造成成本高，節(jié)拍長。如在同一工位實現(xiàn)兩套系統(tǒng)，對于掃碼有視野太大、碼太小而無法實現(xiàn)的問題。

解決方案：使用2 000 萬像素的相機，同時提高定位算法的運算速度和提高二維掃碼算法對極小二維碼的解讀能力，實現(xiàn)多二維碼同時讀取，并通過二維碼交叉比較和二維碼、定位結(jié)果交叉比較。實現(xiàn)在一副圖像上既準確快速的定位，又能準確解碼，并將二維碼自動匹配到每個定位結(jié)果上。如圖11 所示，在整個托盤的視野中也能迅速解碼極小的二維碼，并進行柔性屏幕的定位。

圖11 矩形擬合方式

6 結(jié)束語

本文從邏輯流程優(yōu)化設計、制定FB 標準化模塊、通訊系統(tǒng)軟件優(yōu)化、視覺圖像等方面對除泡機的優(yōu)化設計進行了闡述，通過這些方面創(chuàng)新優(yōu)化，大大提升了原有除泡機的性能、使用體驗和適用范圍，符合“降本增效”的設計理念，有效地節(jié)約了設計成本，經(jīng)濟效益顯著，對平板顯示生產(chǎn)線智能化提升有一定的意義。