黃鴻發(fā)，梁小玲，范有權(quán)，申 飛，陳玉雄

（珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海 519000）

0 引言

隨著空調(diào)行業(yè)的快速發(fā)展，市場競爭日益加劇，傳統(tǒng)的空調(diào)生產(chǎn)過程中，顯示器主要采用人工檢驗，需要依靠人工目視、耳聽、手工切換來達到測試目的，不僅測試效率低，人力成本高、自動化水平低，而且人工長時間重復(fù)性操作容易產(chǎn)生視覺疲勞，從而導(dǎo)致漏檢、誤檢風險，同時檢驗結(jié)果依賴人工主觀判定，不同質(zhì)檢人員的檢驗存在主觀判斷差異，檢驗一致性、穩(wěn)定性差，無法保證產(chǎn)品100%檢驗合格。此外，人工檢驗無檢驗數(shù)據(jù)記錄，質(zhì)量追溯困難[1-2]。

空調(diào)顯示器（圖1）作為產(chǎn)品外觀及功能體現(xiàn)的重要部件，其質(zhì)量檢驗保障極為重要。顯示器的檢驗內(nèi)容主要分為兩部分，一部分為外觀質(zhì)量，主要檢驗顯示模塊的顯示以及顯示面膜情況，故障表現(xiàn)為顯示缺劃、多劃、黑點、雜色等顯示不良；另一部分為功能質(zhì)量，主要檢驗遙控接收、按鍵、蜂鳴器、通訊以及各種負載輸出信號，故障表現(xiàn)為遙控無反應(yīng)、按鍵不靈、蜂鳴器不響以及各種負載電路無輸出信號等功能缺陷?，F(xiàn)有的視覺檢驗方式只是單一的檢測外觀，功能檢驗則需另外通過電路檢測的方式來實現(xiàn)，暫無綜合性的方法來實現(xiàn)一體化高效測試[3-4]。

圖1 空調(diào)顯示器

為了解決空調(diào)顯示器快速可靠檢測問題，提出一種集外觀、功能檢測為一體的空調(diào)顯示器智能檢測設(shè)備，采用機器視覺檢測與電路檢測相結(jié)合的方式，開發(fā)視覺檢測系統(tǒng)和功能測試板卡，實現(xiàn)空調(diào)顯示器外觀、功能的在線自動檢測，極大提高檢測覆蓋率和穩(wěn)定性，確保產(chǎn)品質(zhì)量在制造過程中得到有效控制。

1 總體方案設(shè)計

空調(diào)顯示器智能檢測設(shè)備采用在線自動測試作業(yè)方案，設(shè)計相互獨立的雙測試工位，實現(xiàn)雙核高效測試模式，左右兩邊測試工位并行測試，滿足測試效率需求。設(shè)備從測試方案設(shè)計上滿足空調(diào)顯示器類產(chǎn)品的通用測試需求，通過掃描顯示器型號和編碼可自動調(diào)用測試程序，測試數(shù)據(jù)與顯示器上條碼關(guān)聯(lián)綁定，便于查詢追溯。測試系統(tǒng)采用多線程同步測試模式，測試狀態(tài)和結(jié)果實時在測試界面上顯示。智能檢測總體方案如圖2所示。

圖2 空調(diào)顯示器智能檢測總體方案

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

顯示器智能檢測設(shè)備（圖3）整體結(jié)構(gòu)主要由3 個部分組成，分別為移載機、視覺檢測設(shè)備、分揀機。視覺檢測設(shè)備采用雙軌道流水線設(shè)計，每條軌道對應(yīng)一個測試工位，每個測試工位由工業(yè)相機、高清鏡頭、專業(yè)光源、光電開關(guān)、圖像處理平臺、運動軌道組成，且每條軌道可容納3 個被測顯示器，按照順序?qū)?yīng)位置為待測區(qū)、測試區(qū)、測試完畢區(qū)，確保能無縫對接測試，充分利用測試過程的間隙時間。移載機采用左右移動的運動機構(gòu)設(shè)計，對接視覺檢測設(shè)備，將流水線上的顯示器按需分流至視覺檢測設(shè)備軌道上的待測區(qū)，實現(xiàn)顯示器在生產(chǎn)流水線的單軌道流動轉(zhuǎn)變?yōu)殡p軌道流動，提高產(chǎn)品的測試效率。分揀機根據(jù)顯示器測試結(jié)果，將測試完畢的顯示器分流至下一道工序或不良品收集箱中，實現(xiàn)不良品自動分揀。

圖3 空調(diào)顯示器智能檢測設(shè)備

被測顯示器在進入移載機前，在流水線上設(shè)計有掃描器，通過掃描顯示器上粘貼的條碼信息，自動記錄對應(yīng)被測顯示器的測試數(shù)據(jù)和判定結(jié)果，便于后續(xù)的質(zhì)量追溯和分析。在分揀機后端的流水線上設(shè)計有自動蓋章機構(gòu)，被測顯示器測試合格后，由蓋章機構(gòu)自動執(zhí)行蓋章動作，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工手工粘貼PASS 的操作。在分揀機上設(shè)計有不合格自動推板機構(gòu)，被測顯示器測試不合格后，由自動推板機構(gòu)將不合格品推送至不良品收集箱中。

測試治具以快速更換為設(shè)計原則，通過導(dǎo)向槽與插銷的方式，實現(xiàn)與設(shè)備的快速準確對接[5]?？紤]顯示器的測試可靠性，采用一對一的設(shè)計方案，即一款顯示器產(chǎn)品對應(yīng)唯一的測試治具，可有效解決因測試治具和產(chǎn)品不匹配而導(dǎo)致?lián)p壞產(chǎn)品的質(zhì)量問題，同時也提高了產(chǎn)品的切換效率。測試治具上設(shè)計使用次數(shù)計數(shù)功能，自動計算測試治具使用壽命，提醒設(shè)備維保人員及時更換和保養(yǎng)。測試治具采用標準化的結(jié)構(gòu)設(shè)計框架，只需按照模板設(shè)計制作新產(chǎn)品測試治具，節(jié)省測試治具的設(shè)計制作時間。

1.2 電測設(shè)計方案

開發(fā)一種功能測試板卡，集成了顯示模式切換、按鍵、負載、蜂鳴器、通訊、遙控接收等檢測電路。按照制定的通訊協(xié)議，測試功能卡與測試系統(tǒng)、被測產(chǎn)品進行調(diào)用、控制和數(shù)據(jù)交互等操作，實現(xiàn)顯示器產(chǎn)品功能的在線智能測試。

功能測試板卡設(shè)計有四路的控制驅(qū)動電路，主要以Home-Bus 和U-Math(特殊485)兩種通訊進行驅(qū)動控制，與測試系統(tǒng)以制定的通訊協(xié)議來進行測試；功能測試板卡設(shè)計有六路紅外接收電路，將遙控接收的協(xié)議信息轉(zhuǎn)換為電信息，控制產(chǎn)品的顯示模式切換，用于顯示器不同模式切換的視覺圖像采集，同時通過顯示模式能否切換來判定顯示器的遙控接收功能正常與否；功能測試板卡設(shè)計有六路音頻檢測電路，通過外接的麥克風進行蜂鳴器聲響的音頻收集，然后通過設(shè)計的電路對音頻進行濾波、放大并進行檢測判斷。

1.3 軟件設(shè)計方案

為了滿足柔性生產(chǎn)與智能檢測，測試系統(tǒng)采用可編程設(shè)計，可根據(jù)不同型號顯示器產(chǎn)品的測試需求進行定制化的測試程序編輯，在系統(tǒng)中建立功能測試模塊庫，通過調(diào)用系統(tǒng)中不同的功能測試模塊，形成對應(yīng)顯示器產(chǎn)品的測試程序，滿足多品類顯示器的測試需求。功能測試模塊庫具有自主創(chuàng)建測試模塊的功能，可根據(jù)產(chǎn)品的測試需求，建立新的功能測試模塊，增加至模塊庫以供后續(xù)隨時調(diào)用。測試系統(tǒng)可根據(jù)產(chǎn)品的測試需求，通過拖拽式的建模方式，拖動系統(tǒng)界面上的功能測試模塊，自定義測試步驟和順序，建立對應(yīng)顯示器產(chǎn)品的測試模板程序。測試模板程序與顯示器產(chǎn)品上的編碼捆綁關(guān)聯(lián)并保存在測試模板庫中，生產(chǎn)切換產(chǎn)品時，可通過掃描顯示器上的編碼實現(xiàn)自動切換[6-8]。

為提高顯示器的測試效率，系統(tǒng)采用雙線程控制的測試模式，兩個測試工位上的產(chǎn)品可同時獨立測試，互不干擾。測試系統(tǒng)具有測試數(shù)據(jù)查詢功能，生產(chǎn)測試過程中，掃描器對顯示器上的條碼自動掃描，測試界面上動態(tài)顯示測試狀態(tài)和結(jié)果，同時自動記錄對應(yīng)測試數(shù)據(jù)并保存到數(shù)據(jù)庫中，便于對產(chǎn)品測試數(shù)據(jù)查詢和追溯分析。當測試系統(tǒng)檢測到不合格產(chǎn)品時，將視覺檢測不合格圖片保存至數(shù)據(jù)庫中，同步將不合格信號反饋至電氣控制系統(tǒng)，控制分揀機將故障產(chǎn)品送入不良品收集箱中。測試系統(tǒng)界面如圖4所示。

圖4 測試系統(tǒng)界面

測試系統(tǒng)工作流程下：系統(tǒng)啟動后，通過流水線將顯示器產(chǎn)品輸送至移載機，采用掃描器掃描顯示器上的編碼，獲取當前產(chǎn)品的信息，測試系統(tǒng)自動切換測試模板程序，同步測試界面通過彈窗提醒更換測試治具；測試系統(tǒng)通過光電開關(guān)識別視覺檢測設(shè)備測試工位狀態(tài)，移載機將當前待測產(chǎn)品推送至視覺檢測設(shè)備的待測區(qū)中，運動軌道將待測產(chǎn)品從待測區(qū)輸送至測試區(qū)，此時光電開關(guān)將待測產(chǎn)品的到位信號反饋至測試系統(tǒng)，測試系統(tǒng)控制測試治具與待測產(chǎn)品對接上電，測試系統(tǒng)啟動檢測；功能測試板卡與被測產(chǎn)品通訊，控制被測產(chǎn)品切換制冷、制熱等功能顯示模式，測試系統(tǒng)利用工業(yè)相機采集顯示器不同功能顯示模式的圖像；采集圖像后，進行圖像預(yù)處理，裁剪提取檢測區(qū)域，提高圖像處理效率，減小背景因素的干擾；根據(jù)圖像檢測模板對待測圖像進行逐字符配準，利用圖像差分提取顯示字符缺陷，實現(xiàn)顯示器外觀顯示的在線檢測；在圖像處理檢測同時，測試系統(tǒng)對被測產(chǎn)品的遙控接收、按鍵、蜂鳴器、通訊以及各種負載輸出信號進行檢測；檢測完成后，測試系統(tǒng)判定測試結(jié)果，根據(jù)檢測結(jié)果對當前產(chǎn)品實施分流處理，合格產(chǎn)品流向下一道工序，不合格產(chǎn)品流向不良品區(qū)域[9-10]。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 檢測區(qū)域定位

直接對圖像進行字符分割與提取，影響算法穩(wěn)定性和圖像處理效率。因此，需要對采集圖像中的檢測區(qū)域進行定位。經(jīng)典區(qū)域定位算法通常是利用圖像中的輪廓特征、紋理特征、相關(guān)性特征等進行匹配，在整幅圖像中搜索定位，不僅運算量大、耗時長，而且受圖像質(zhì)量和噪聲影響較大。采用圖像ROI手動選取檢測區(qū)域的方式，將模板圖像中的檢測區(qū)域適當擴大，兼容顯示器定位微小偏移的問題。圖像預(yù)處理后，設(shè)置連通域長寬比和面積參數(shù)來有效選擇出ROI。進而對全局圖像進行仿射變換來校正圖像，再從原圖中對ROI進行提取，經(jīng)校正后的圖提取出的ROI圖像將為后續(xù)的字符、圖像分割及其識別打下良好的基礎(chǔ)，同時也提高圖像處理的效率[11]。ROI 定位如圖5所示。

圖5 顯示器檢測區(qū)域ROI定位

2.2 字符分割識別

字符分割是字符識別過程中極其關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，字符分割的好壞將直接影響字符識別的準確率?；陲@示器檢測需求，采用CFS 方法對圖像ROI區(qū)域中的字符進行分割。由于圖像是在封閉的空間進行采集，容易受到光照不均勻影響，從而導(dǎo)致ROI圖像在二值化后會出現(xiàn)字符粘連的情況，嚴重影響字符識別的準確率。因此，通過對光源打光方案優(yōu)化以及分割算法的改進后，圖像字符識別效率得到了進一步提高。經(jīng)過字符分割處理后的字符識別效果顯著提升，提高了顯示器外觀顯示的檢測精度。字符分割識別如圖6所示。

圖6 顯示器功能字符分割識別

2.3 字符缺陷檢測

顯示器顯示區(qū)域內(nèi)除有組成的數(shù)字、符號、文字等字符外，還有大量的顯示空白區(qū)域。字符的缺陷如缺劃、多劃等，會直接影響空調(diào)功能狀態(tài)的正確性；空白區(qū)域內(nèi)的缺陷，如破損、漏光等，也會影響空調(diào)狀態(tài)顯示的整體美觀性。測試系統(tǒng)針對顯示字符與空白區(qū)域進行缺陷檢測，實現(xiàn)全面、嚴謹?shù)馁|(zhì)量監(jiān)測。

顯示字符缺陷檢測基于模板上的字符進行對比檢測，利用圖像差分法將模板字符與目標字符進行對比，得到模板字符與目標字符之間的差異，并利用局部閾值分割和形態(tài)學算法提取出目標字符缺陷。非顯示字符缺陷檢測指在字符缺陷檢測后，進一步針對顯示區(qū)域內(nèi)的空白區(qū)域進行缺陷檢測。在顯示區(qū)域內(nèi)裁剪已進行顯示字符對比的區(qū)域，對剩余空白區(qū)域進行局部閾值分割及離散化處理，利用形態(tài)學提取出非目標字符缺陷[12-13]。

2.4 觸摸按鍵電測

觸摸按鍵檢測采用模擬人體能量變化的設(shè)計方案，自主研發(fā)觸摸按鍵驅(qū)動板，其原理是通過模擬人體在觸摸按鍵時改變電容式觸摸極板的面積，從而會改變極板的充放電時間來判定觸摸按鍵是否動作，即當觸摸按鍵驅(qū)動板檢測到觸摸按鍵極板有充放電時間變化時，則檢測判斷觸摸按鍵被按下。如圖7 所示，C為兩極板之間的電容，ε0εr為介電常數(shù)，A為正對極板的面積，d為兩極板間的距離。一個極板相當于觸摸按鍵極板，另一極板一般以地層代替。IC_CONTROL 為主MCU 的控制繼電器的信號，TIMER信號傳輸至觸摸按鍵檢測芯片內(nèi)部計數(shù)器，MPAD_T 為電容式極板，MPAD 同樣為電容式極板。當主MCU 未向繼電器發(fā)出吸合命令時，MPAD_T 極板通過TIMER 引腳以一個固定的頻率充放電，此時，觸摸按鍵驅(qū)動板判斷觸摸按鍵處于空閑狀態(tài)。當主MUC 控制繼電器吸合后，極板MPAD 和MPAD_T 導(dǎo)通，相當于極板面積增大，極板充放電時間變長，當充放電時間達到提前預(yù)設(shè)時間時，則觸摸按鍵驅(qū)動板判斷觸摸按鍵被按下[14-15]。工作原理如圖7所示。

圖7 模擬觸摸按鍵工作原理

3 試驗驗證與結(jié)果分析

為了驗證空調(diào)顯示器智能檢測設(shè)備的檢測功能和效果，選取18 種不同故障缺陷類別的空調(diào)顯示器，每種類別故障缺陷選取200 件分別進行試驗，故障檢出率如表1 所示。試驗結(jié)果表明，對于顯示模式不正確、缺劃、多劃以及蜂鳴器不響、遙控不接收、按鍵不靈等常見的顯示故障、功能故障，空調(diào)顯示器智能檢測設(shè)備都能準確識別，故障檢出率100%。

表1 顯示器故障檢出率驗證

4 結(jié)束語

產(chǎn)品的外觀、性能則是用戶對產(chǎn)品的最直接的體驗，顯示器是空調(diào)產(chǎn)品外觀及功能的重要體現(xiàn)部件，生產(chǎn)制造過程的質(zhì)量檢測顯得極為重要，傳統(tǒng)的人工檢驗水平已不能滿足空調(diào)日益增長的高質(zhì)量需求，迫切地需要在質(zhì)量檢測方面進行突破和創(chuàng)新。本研究基于機器視覺檢測技術(shù)與電路檢測技術(shù)，開發(fā)空調(diào)顯示器智能檢測設(shè)備，在結(jié)構(gòu)設(shè)計、電測設(shè)計、軟件設(shè)計方案上進行了突破和創(chuàng)新，采用檢測區(qū)域定位、字符分割識別、字符缺陷檢測、觸摸按鍵電測等多項關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)空調(diào)顯示器視覺檢測、功能電測的一站式高效檢測。通過試驗驗證，空調(diào)顯示器智能檢測設(shè)備可有效檢測顯示器不同的故障缺陷，故障檢出率100%，滿足實際生產(chǎn)需求，可應(yīng)用于空調(diào)顯示類零部件的質(zhì)量智能檢測，提高檢測質(zhì)量，為用戶提供高品質(zhì)的產(chǎn)品。