基于PLC的LCD自动检测控制系统的研究

刘 星，任蓉莉

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原 030024)

基于PLC的LCD自动检测控制系统的研究

刘 星，任蓉莉

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原 030024)

通过分析LCD液晶玻璃基板自动检测工艺流程，采用RS232串口通讯，PLC控制视觉系统。本文应用视觉检测技术、PLC控制技术，研究实现了LCD液晶玻璃基板自动检测控制系统。现场实际使用表明，此系统工作稳定可靠，降低了人工成本，提高了企业生产效率。

LCD；自动检测；PLC控制技术；视觉系统

TFT液晶屏广泛应用于手机、车载显示、笔记本、数字相机屏等诸多领域。在LCD产品的工艺控制过程中，品质和效率是两个关键指标，构成了LCD生产厂家的核心竞争力。随着市场需求加大，竞争加剧，客户对质量要求水平不断提高，导致LCD生产厂家质量检测难度增大、内容加多、效率产生瓶颈导致产能降低[1]。为了改变这种局面，LCD厂家不得不雇佣更多的QC目测人员来缓解压力。然而人眼检测主体差异大，标准不统一；检测效率不高；质量标准不能量化，长期稳定性差；人工雇佣成本不断提升，管理成本也随之加大；以上各种因素致使品质检测环节逐渐成为LCD生产厂家扩大化再生产的瓶颈，竞争力急剧丧失。所以，传统的检测方法和设备已越来越难以胜任检测的重任。本文主要针对液晶面板的检测，设计一套基于PLC的自动检测系统，对LCDCELL段和Module段各种点、线、Mura质量缺陷进行精确量化检测。

1 LCD液晶玻璃基板自动检测功能介绍

LCD液晶玻璃基板自动检测，主要用于Cell 1吋-8吋 TFT OncellIncell OLED产品自动上下料和点灯检测，检测表面污点、坏点等缺陷。该设备包含自动上料机、点灯检测机、下料机三部分。设备功能示意图如图1所示。

自动上料机主要功能是将清洗后的干净基板传送到皮带上，再由上料机械手搬运到点灯测试机。点灯测试机主要功能是通过视觉检测，对基板进行黑、白、灰、红、绿、蓝，灰闪7个画面拍照检测，确定基板是否有坏点和污点。自动下料机主要功能是将点灯测试之后的基板下料，符合技术参数要求的基板为OK品，不符合的为NG品，并将NG料放在NG料盘，OK料放在皮带上传送到下道工序。

图1 设备功能示意图

2 基板检测工作原理介绍

2.1 基板检测原理

首先，相机在不同角度的光源下拍照，会测出不同角度的灰尘、表面凹凸点。在相机前后、左右放置条形光源，在点灯之前分别打开前后光源、左右光源拍照，确定LCD基板表面的污点。

其次，根据液晶的光电效应，液晶具有显著的介电各向异性Δε和自发偶极子P0。一旦给液晶层施加上电压，则在介电各向异性Δε和自发偶极子P0和电场的相互作用下，分子排列状态很容易发生变化[2]。因此利用外加电场即可改变液晶分子取向，产生调制。所以，依次给LCD液晶玻璃基板管不同脚输出不同电压，拍7个不同画面，确定基板上的恒亮或恒暗点，通过算法计算，排除污点，其余点是坏点。

最后，根据关键技术指标确定是OK品和NG品。

2.2 坏点

所谓坏点，是指液晶显示器上无法控制的恒亮或恒暗的点。坏点的造成是液晶面板生产时因各种因素造成的瑕疵，可能是particle落在面板里面，可能是静电伤害破坏面板，可能是制程控制不良等等[2]。

制程瑕疵，液晶显示器就有各式各样的mura。可能是横向条纹或四十五度角条纹，可能是切得很直的方块，可能是某个角落出现一块，可能是花花的完全没有规则可言东一块西一块的痕迹。

坏点分为两种：亮点与暗点，亮点就是在任何画面下恒亮的点，切换到黑色画面就可以发现；暗点就是在任何画面下恒暗的点，切换到白色画面就可以发现。

3 PLC控制系统的设计

3.1 处理器的选择

PLC作为通用工业控制计算机，具有可靠性高、抗干扰能力强、配套齐全、功能完善、适用性强、系统设计建造量小、维护方便等优点，广泛应用于许多特殊场合[3]。机型选择的基本原则，是满足功能要求及保证可靠性和维护方便的前提下，力求最佳的性价比。松下FP-XH C60T系列，配6轴控制用的输入输出点，32点输入，28点输出，并且可以扩展8个输入输出模块，满足设计需求。

3.2 视觉系统设计

采用2 600万像素的CCD，条形光源安装于CCD前后侧和左右侧，待检测的基板置于CCD和背光源之间，相机高度调整时光源同步调整。视觉系统设计示意图如图2所示。

3.3 PLC控制系统的设计

PLC和工控机之间通过RS232串口进行通讯，通讯协议为MODBUSRUT，工控机和PLC之间互发指令，控制相机拍照和PG测试盒切换画面，PG测试盒切换数字0-7(其中0画面为不带电画面)，每次切换数字时会给基板输出不同的电压，基板会显示不同的颜色，拍照显示7个不同画面。PLC通过继电器控制PG测试机。PLC控制系统设计框图如图3所示。

3.4 PLC程序设计

以拍照完成等待结果的程序为例，DT200为PLC接收工控机信号的数据接收地址，DT100为PLC发送给工控机信号的数据写入地址。当工控机拍照完成后，即PLC接收地址DT200等于1时，SET拍照完成信号，PLC写入地址DT100置1,MOVE 1 DT100，表示PLC已经接收到工控机完成信号。此时工控机置MOVE 0 DT200,PLC写入地址也置0，MOVE 0 DT100，完成一次拍照过程。重复7次拍照，完成7个画面的拍照。拍照完成等待结果PLC程序如图4所示。

图2 视觉系统设计示意图

图3 PLC控制系统设计框图

图4 拍照完成等待结果PLC程序

4 结束语

基于本PLC控制系统进行设计的AOI点灯检测机，经过现场一年多的实际使用验证，本控制系统稳定可靠。依据关键技术指标：1)内污点、针孔点、面污点、凹凸点：Ф≤0.1 mm不限，0.1 mm<Ф≤0.15 mm，允许1个；2)线状污点：宽度<0.02 mm忽略，长度≤1.0 mm,宽度≤0.03 mm，允许1个，经统计，漏检率≤2%，提高了基板检测品质。一台设备的运行效率等于8个操作工人工检测的效率，大大提高了工作效率的同时，为企业节约了人工成本。

[1] 马群刚.TFT_LCD原理与设计[M].北京：电子工业出版社，2011.

[2] 毛学东.液晶显示技术[M].北京：电子工业出版社，2014.

[3] 颜伊庆，潘丽萍.基于PLC的自动分拣系统[J].机电工程，2012，29(11)：1287-1288.

The Research of LCD Automatic Detection Control System Based on PLC

Liu Xing, Ren Rongli

(The2ndResearchInstituteofCETE,TaiyuanShanxi030024,China)

By analyzing the LCD substrate inspection technology process, the RS232 serial port communication is adopted, and the visual system is controlled by PLC. The article researches and realizes the automatic detection control system of LCD liquid crystal glass substrate with the using of visual inspection technology and PLC control technology. Actual use shows that the work of the system is stable and reliable; it reduces the labor costs and improves the production efficiency of enterprises.

LCD; automatic detection; PLC control technology; visual system

2017-04-06

刘 星(1986- ),女,山西吕梁人，助理工程师，硕士，主要从事工业控制方面的研究。

1674- 4578(2017)03- 0076- 02

TP274.5

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