液晶玻璃上料中光纖定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

樂志虎，廖 毅，李 劍，張 博

(太原風(fēng)華信息裝備股份有限公司，山西 太原 030024)

液晶玻璃上料中光纖定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

樂志虎，廖 毅，李 劍，張 博

(太原風(fēng)華信息裝備股份有限公司，山西 太原 030024)

為了滿足液晶玻璃上料機(jī)初定位搜索范圍大、定位精度高同時(shí)保證效率的需求，對(duì)光纖、圖像定位進(jìn)行了分析、對(duì)比。介紹了光纖定位系統(tǒng)的概念、原理、功能。然后，為了便于應(yīng)用，著重介紹了光纖系統(tǒng)和下游CCD系統(tǒng)的聯(lián)合標(biāo)定并給出了流程和算法并通過實(shí)際應(yīng)用得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了光纖定位系統(tǒng)。

定位系統(tǒng)；光纖定位；圖像定位；液晶玻璃

在過去幾十年，由于中國(guó)人口紅利比較大，工廠企業(yè)生產(chǎn)線對(duì)手工生產(chǎn)的依賴程度比較高，所以生產(chǎn)中自動(dòng)化程度并不高。但是隨著人口紅利的消失，以及生產(chǎn)成本的一再提高，對(duì)工廠生產(chǎn)效率、節(jié)約人工成本提出了更高的要求。工廠生產(chǎn)自動(dòng)化自然也加快了實(shí)際應(yīng)用步伐。尤其是在液晶生產(chǎn)行業(yè)，對(duì)產(chǎn)品的精度、效率的要求也日益高漲。上料環(huán)節(jié)作為自動(dòng)化生產(chǎn)線的一大重要環(huán)節(jié)，它的精度和穩(wěn)定性直接影響到了后續(xù)生產(chǎn)的效率。一套好的上料定位系統(tǒng)成為生產(chǎn)線必不可少的關(guān)鍵一步。

1 問題點(diǎn)的提出

在液晶玻璃上料過程中，從料盒出料的整版玻璃位置的隨機(jī)變化是比較大的，在厘米級(jí)的范圍。用普通CCD圖像定位的搜索范圍在2～20 mm，這種定位辦法往往會(huì)因?yàn)椴Ａark點(diǎn)超出視野而報(bào)警，從而大大影響到出料效率。而如果用視野更大的鏡頭，成本會(huì)極大增加，這是任何工廠都不想看到的。如果用定位銷硬限位，那樣又容易造成玻璃邊緣損傷，尤其對(duì)于更薄的TFT玻璃就更加危害性大了。所以我們需要一個(gè)搜索范圍大，非接觸式的定位方法。而光纖定位就很好的滿足了這兩點(diǎn)。

2 結(jié)構(gòu)介紹

在實(shí)際生產(chǎn)中，我們需要將玻璃放到一個(gè)x (CCD)-y-θ平臺(tái)上。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了玻璃移載部件（x軸），光纖軸（y軸），以及x(CCD)-y-θ平臺(tái)。通過移載部件和光纖軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)獲得玻璃位置信息，結(jié)合標(biāo)定信息，計(jì)算出整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)距離，最終達(dá)到玻璃中心對(duì)平臺(tái)中心放置的效果（如圖1所示）。

圖1 光纖定位系統(tǒng)及x(CCD)-y-θ平臺(tái)機(jī)構(gòu)示意圖

3 光纖搜索原理

我們選用的是反射式光纖探測(cè)器，其精度為d＜0.01 mm。移動(dòng)光纖軸和移載軸，通過激光在玻璃表面反射回的亮度變化判定光纖點(diǎn)是否移到玻璃邊緣，并通過光纖放大器反饋信號(hào)給控制器，控制器再通過運(yùn)動(dòng)控制單元及時(shí)返回當(dāng)前電機(jī)軸坐標(biāo)（如圖2所示）。

通過光纖軸和移載軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以獲取玻璃的點(diǎn)位坐標(biāo)（如圖3所示）。

通過光纖掃描玻璃，分別獲得了Y1、Y2、X1、X2點(diǎn)坐標(biāo)（圖3中的虛線表示光纖掃描軌跡，各點(diǎn)由通過光纖掃描各自相對(duì)應(yīng)起止點(diǎn)獲得）。通過直線兩點(diǎn)式得到直線方程：

圖2 光纖定位控制系統(tǒng)工作原理圖

圖3 坐標(biāo)系下對(duì)位示意圖

K1、K2即為直線Y1Y2和直線X1X2的斜率。

由方程 (1)、(2)得到液晶玻璃左上角的A點(diǎn)坐標(biāo)：

這樣，我們就獲得了液晶玻璃的位置信息。驗(yàn)證算法正確時(shí)，只要將光纖點(diǎn)移到上面計(jì)算出的坐標(biāo)，看是否正好移到玻璃左上角即可。

4 標(biāo)定方法

要想將玻璃準(zhǔn)確的放置平臺(tái)上并且要玻璃中心對(duì)正平臺(tái)中心，得先讓光纖位置、平臺(tái)中心建立一套系統(tǒng)，但是平臺(tái)是無法移到光纖下進(jìn)行定位的。而x(CCD)-y-θ平臺(tái)系統(tǒng)中的CCD鏡頭是可以獲得平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)中心的，所以我們需要借助于x(CCD)-y-θ平臺(tái)系統(tǒng)中的CCD鏡頭來完成標(biāo)定。標(biāo)定流程如圖4所示。

由于Step C和Step D都是x、y平移，這里就不說明具體計(jì)算了。向量的值則是由算式：=O(XO，YO)-F(XF，YF)得到。

5 定位算法

圖4 標(biāo)定流程圖

(1)仍需獲取玻璃左上角的坐標(biāo)A(xA，yA)，具體方法同上。另外，我們還要獲取玻璃的角度，因?yàn)椴粌H要將玻璃中心對(duì)正平臺(tái)中心，還要將玻璃角度和平臺(tái)角度保持一致，以便于后續(xù)生產(chǎn)。玻璃角度dθ獲取的公式：

其中，W為玻璃寬（x向），L為玻璃長(zhǎng)（y向）。

所以當(dāng)玻璃偏轉(zhuǎn)角度dθ時(shí)，有：

這樣，得到實(shí)際玻璃中心坐標(biāo)O′：

再根據(jù)標(biāo)定得到的向量FO→即可得到移載需要走的x向距離dx和xCCD)-y-θ平臺(tái)需要走的y向距離dy以及需要轉(zhuǎn)的角度dθ。

以下是每次取出玻璃經(jīng)光纖定位放到x (CCD)-y-θ平臺(tái)后，玻璃Mark點(diǎn)距離CCD鏡頭視野中心的x、y差值見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，對(duì)位精度小于0.1 mm，如果算上機(jī)械結(jié)構(gòu)誤差以及放置玻璃時(shí)產(chǎn)生的誤差，最后移載偏差也小于0.25 mm，而且搜索范圍SearchLength可以達(dá)到分米級(jí)甚至更大，對(duì)位效率CircleTime＜8 s/p。完全滿足后續(xù)生產(chǎn)線初定位的需求（精度d＜0.5 mm，搜索范圍SearchLength＞20 mm，效率CircleTime＜15 s）。

（3）精度的進(jìn)一步提高。前面我們做了一般性的光纖對(duì)位方法，已經(jīng)很好地達(dá)到預(yù)期目的，但如果是高精度作業(yè)還需在以上對(duì)位方法加一些改動(dòng)。由于CircleTime比較寬裕，可在定位玻璃左上角求直線的時(shí)候多探測(cè)一些點(diǎn) Y3、X3、Y4、X4……這樣可應(yīng)用線性歸一方程分別擬合兩條直線，再求交點(diǎn)。這樣就大大減小了光纖探測(cè)玻璃邊緣時(shí)候的誤差。甚至還可以通過計(jì)算排除掉一兩個(gè)誤差較大的點(diǎn)來進(jìn)一步提高精度。

6 結(jié)論

當(dāng)來料尺寸較大，位置變化范圍較大時(shí)，我們就不能依賴CCD鏡頭定位。光纖搜索恰好可以解決這方面的問題。這種定位方法在自動(dòng)化生產(chǎn)作業(yè)中具有很大的應(yīng)用意義。

Design and Application of Fiber-Position System In Feeding LCD/TFT Glass

LE Zhihu，LIAO Yi，LI Jian，ZHANG Bo

(Taiyuan Fenghua Information-equipment Co.，Ltd，Taiyuan 030024，China)

For satisfying the LCD glass ascends to anticipate the early fixed position in machine searches for the scope is big，fixed position the accuracy is high to guarantee the need of the efficiency at the same time，to fiber optic，picture fixed position proceeded the analysis，contrast.Introducing the fiber optic positions the concept，principle，function of the system.Then，for the sake of easy to application，emphasized to introduce the fiber-optic system with downstream CCD system of in association with the mark settles and gave the process with calculate way.Pass the actual experiment data that application was verified fiber optic the fixed position the system finally.

Position System；Fiber-Position；CCD-Position；LCD/TFT

TN605

B

1004-4507(2015)02-0011-04

樂志虎（1984-），男，山西太原人，大學(xué)本科，現(xiàn)就職于太原風(fēng)華信息裝備股份有限公司，從事電子專用設(shè)備的研發(fā)工作。

2015-02-05