显示屏生产制造中视觉智能针对R角类产品中的改进

赵彬文 陆志娟

摘要：当前R角在越来越多的电子产品中广泛的应用，针对R角对位特点设计边对位方式，可以不关联R角本身，就能实现特征点提取确定产品位置。新對位方式的应用提高了工具稳定性，减少信息提取量，使特征更简单，提高了产品的对位精度，对于类似产品的定位模式具有借鉴意义。

关键词：R角;视觉对位;背光单元

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）07-0196-03

0 引言

随着消费类电子产品的大量普及，人们越来越不只是满足于性能和续航，对于外观的要求一直是越来越高，以前的4∶3屏幕，到16∶9，再到之后的18∶9或21∶9，屏幕外观越来越纤长，越来越趋近于“全面屏”，同时，边角处的90°已经是很多人的眼中钉，看着极其不舒服，于是近几年，我们的手机平板游戏机等，已经将直角逐渐过渡到越来越大的R角，让屏幕可以跟随外壳的设计，用起来更圆润，看起来更舒服。但是，在我们各种屏幕的实际生产中，R角产品的贴附方式，却迟迟没有改变，没有跟上R角扩大的速度，随之而来的问题越来越多，良率也越来越让生产方头疼了。本文将就LCD屏幕的背光（Back Light Unit）生产中，各种膜材用视觉对位方式（CCD）贴附时，常规对位和改进后对位方式的原理和效果上对比分析，论证改进后对位方式对于R角产品实际生产中的好处[1]。

1 技术现状

1.1 对位方式原理

以我们常规直角矩形产品为例，介绍常规对位方式的原理。

如图1中我们可以看到，常规对位中，将需要贴附对象的四个角在各自视野中的坐标位置搜索计算出来，组合为一个四边形，这个四边形与搜索到的目标四边形，进行角度上的十字中线匹配计算，得出一个Δθ，之后再以贴附对象四个坐标位置，到对应目标的四个搜索位置做直线段，设置为x1，x2，x3，x4，设置对象计算位置（x，y），这样，只需要x1，x2，x3，x4的平均值值代入到其方差和公式 中，计算位置（x，y）为何值时，其方差和最小，这样Δθ和计算位置（x，y）就有了，执行机构根据设置继续执行后，这样一个常规的四边形产品对位过程就完成了。这样的一个对位过程，其实原理上并没有什么问题，即使我们不断扩大R角，这样的搜索和计算也是可以成立的，因为即使R角再大，也脱离不了这是一个四边形的本质，所以这也是长期以来，一直困扰生产方不去改进的直接原因。然而这个对位过程在R角对位中却 存在很多问题。

1.2 对位R角过程的点搜索

即使不是在实际生产过程中，我们对于“平面中两条不平行的直线会交于一个点”是深信不疑的，那我们为了找这个“点”，就会去找两条直线，于是，R角四边形找直线，看似和常规产品找直线没有区别，都是在直边上找一部分线段，来找一条最接近的直线，但很明显，在R角产品中，我们找的这部分线段，会让开R角的半径尺寸，也就是说，同样是找直线段，R角的两个直线段，其实距离那个“点”是比常规产品远的，至少远一个半径以上的距离，否则我们无法在弧线上找到那条直线，也就是我们找到的这个“点”更像是一个虚拟的，相对于直角四边形上非常确定而且存在的这个点，R角搜索到的这个“点”只是一个无限接近于完美交点的“点”[2]。

1.3 实际生产中问题

在实际生产过程中，我们每一片产品，在加工过程中一定会有公差，而R角的公差，将要比直线的公差更不好控，也更不好加工，往往我们看到的R角，其实只是在肉眼视觉上感觉的，而实际往往是一条多段曲线，或者是无数个不同半径的R角组合出来的“R角”，并不标准，这样的不标准，对于生产和品控而言，是比较矛盾的，只有尽可能做到R角呈现出来的最好，却可能永远无法达到一个真正的“R角”，于是，在R角附近我们找直线段的过程中，直线变R角的部分，公差要考虑，直线段本身公差要考虑，所以用这样的直线段找出来的直线与R角本身，波动性是比较大的。

2 对位设计

针对R角对位过程中问题点和其非常本质特征：R角的存在，会影响直线交点的精确度，而且随着R角半径的越来越大，这个交点的精确度是越来越差的。那么最后，最关键的问题点就变成了计算方法，从我们先前的计算过程可以看到，简单的常规对位搜索计算中，对于交点的依赖程度非常大，四个交点中，任意一个交点如若出现搜索错误，或者在灰度变化不太明显的“边缘”区域，差了那么仅仅一两个像素，对于整体的计算，所有的错误都计算在了里面，影响是非常大，如图2所示。

在此对位基础上，我们采用边对位方法，主要就是针对R角这种不存在实际直角交点的情况而考虑的。我们先从产品入手，当外观形状基本一致，由于R角的存在，我们缺失了非常重要的对位要素——直角交点，但是，我们放开思维会发现，对于对齐本身而言，对齐角只是一中比较直观的方式，产品本身的特征，还有边，如果我们让对象的边对齐目标的边，其实一样可以达到对位的效果。而且即使直角交点不见了，缩短后的直边依然存在于于产品本身的，边是客观上一直存在的特征，接下来我们介绍边对位方式。

如图3所示，找一条边其实是不需要在边上找直线段的，只需要在直边的两侧，各找一个边上的点，两点连线，我们就可以找到这条贴合产品的直线出来，这样，只需要找到8个点，就可以把产品的四条边都勾出来，同时，这8个点找到的四条边，他们的延长线，又可以非常准确的交出四个直角交点，这四个直角交点在我们常规对位中，却需要每个角上找两个直线段才可以找到，也就是说我们通过找两个很简单的点，不光找到了实际存在的边，还顺带找到了之前精度并不高的直角交点，一举两得。

既然边已经找到，我们接下来再看如何对位和计算。

先计算角度，各边与坐标系成一个角度，机选需要的是对象和目标对应边的夹角，通过每个边两点坐标（x，y）的连线，我们可以计算出对应边与坐标系的夹角，我们设对象边夹角为a，目标边夹角为A，那么对应边夹角即为（a-A），我们同时计算四条对应边的夹角的平均值∠E=（（a1-A1）+（a2-A2）+（a3-A3）+（a4-A4））/4，这样∠E就可以作为我们将对象与目标对齐所需要扭动的角度值了。

角度调整好以后可以将对象和目标在方向上对齐，接下来我们计算对象的上下左右的偏移量。

从十点钟方向顺时针设置8个点坐标分别为m1（x，y），m2（x，y），m3（x，y）…，每个点经过以四个边交点的中心为旋转中心，旋转∠E以后得到新的8个点坐标m1，m2，m3…，将新的8个点坐标与目标的对应8个点n1，n2，n3…一一对应，然后计算对应对象的直线段与目标直线段的垂直距离x1，x2，x3，x4，这样，四个方向上的需要对齐的位移距离就确定好了，我们同样设置对象的计算位置（x，y），这个位置到达四个边的垂直距离方差和最小位置，就是我们的计算位置，计算过程同常规对位。当我们四条目标直线段的位置和以旋转对象的直线段位置坐标已经机选好的情况下，我们可以更加灵活的加上单边对齐的功能，因为我们x1，x2，x3，x4本身就是单边对齐需要移动的距离，根据这个两线段垂直距离我们可以直接沿着这个垂直距离的的坐标方向计算出对象的移动方向和距离，实现单边对齐功能。

综上我们可以发现，不通过寻找相邻边的交点，单纯找边缘的方法，在所需要的搜索信息上更少，特征更简单，计算方式也并不复杂，原理上更科学有效，在实际应用中效果非常显著。

3 结语

针对当前各种R角越来越大的产品，采用边特征对位方法，我们可以反过来不去关联R角本身，却可以简化工具提高稳定性，提高了生产良率，对于类似产品的定位模式具有借鉴意义。

参考文献

[1] 廖常初.PLC基础及应用[M].2版.北京：机械工业出版社，2007.

[2] 宋伯生.PLC编程实用指南[M].北京：机械工业出版社，2006.