劉政科，李 艷

（東華大學 機械工程學院，上海 201620）

隨著智能手機行業(yè)的成熟，手機液晶屏朝著大尺寸、全面屏的方向發(fā)展，因此對手機液晶屏的缺陷檢測也提出了更高的要求。目前手機液晶屏質檢多采取人工方式，成本高、效率低、準確性低，且高強度多批次的檢測工作易損害人眼，嚴重危害工人健康[1]。手機液晶屏缺陷檢測流水線的開發(fā)，能有效實現(xiàn)檢測流程的自動化，對提高手機企業(yè)的生產效率、提高國產手機的國際競爭力具有重要的現(xiàn)實意義。

針對以上手機液晶屏缺陷檢測的特點，本文設計了一種基于PLC、DSP、ARM三種控制器的手機液晶屏缺陷檢測流水線控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有可靠性高、自動化程度高、操作簡便、成本低等優(yōu)點。下文將分別從工藝流程控制、控制系統(tǒng)要求、系統(tǒng)硬件及軟件設計等方面對本控制系統(tǒng)進行詳細說明。

1 流水線控制流程

本流水線共有搬運液晶屏、固定至檢測位、FPC（柔性電路板）定位、液晶屏通電、運行測試程序、液晶屏空間姿態(tài)調整、圖像采集、圖像處理與識別、分揀等工序，通過旋轉基座切換工位，依次循環(huán)檢測。通過基于PLC、DSP、ARM的控制系統(tǒng)，對系統(tǒng)進行模塊化設計，實現(xiàn)各個模塊中各工序之間的協(xié)調與配合，從而實現(xiàn)各功能模塊的協(xié)調和連續(xù)性作業(yè)。圖1所示為手機液晶屏缺陷檢測流水線的控制流程。

圖1 流水線控制流程Fig.1 Flow chart of the pipeline control

在實際檢測過程中，為提高檢測效率，將以上工序分成5個工位完成，每個工位包含1個液晶屏檢測平臺。工位1完成搬運液晶屏、固定至檢測位2個工序；工位2完成FPC定位、液晶屏通電、運行測試程序3個工序；工位3完成空間姿態(tài)調整和圖像采集2個工序；工位4完成圖像處理與識別工序；工位5完成分揀工序。實際檢測中5個工位同時執(zhí)行各工位的工序，完成多個液晶屏的差節(jié)拍檢測，極大地提高了檢測效率。各工位間通過旋轉底座每隔固定時間進行切換。

2 控制系統(tǒng)要求

在提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、降低運行成本等理念下，該控制系統(tǒng)技術要求：

（1）能夠根據(jù)流水線的自動化檢測流程，保證各控制器間的穩(wěn)定通信和邏輯順序的精確控制，使每道工序有條不紊地相互協(xié)調運行；

（2）根據(jù)流水線各工位的功能特點，合理分配各工序及工位的時間，提高穩(wěn)定性和檢測效率；

（3）保證系統(tǒng)的可靠性和可維護性，可根據(jù)監(jiān)控界面實時監(jiān)視檢測流程，出現(xiàn)故障具有報警和急停功能；

（4）在滿足生產線控制要求的前提下，應該盡可能使系統(tǒng)簡單經濟、易于維護，控制系統(tǒng)各參數(shù)可調。

3 硬件系統(tǒng)控制設計

手機液晶屏缺陷檢測流水線控制系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、DSP控制系統(tǒng)和ARM圖像識別系統(tǒng)組成，整體分監(jiān)控室和控制現(xiàn)場兩部分，如圖2所示為該系統(tǒng)的硬件結構示意。

圖2 系統(tǒng)硬件結構示意Fig.2 Hardware structure diagram

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)又分為觸摸屏控制系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)兩部分。

3.1.1 觸摸屏控制系統(tǒng)

現(xiàn)場控制采用威綸通TK6070IP彩色觸摸屏。觸摸屏界面主要設計了手動操作和自動操作界面。其中，自動操作界面可以通過自動工作參數(shù)設置實現(xiàn)對不同手機型號的液晶屏自動化檢測；手動操作界面可以實現(xiàn)流水線的單工位、單工序的運行。另外現(xiàn)場觸摸屏還設置了故障報警和急停等功能。

3.1.2 計算機控制系統(tǒng)

計算機采用研祥IPC-810工控機（IPC），外配一塊MOXACP-168U多串口卡。工控機IPC上裝有組態(tài)軟件組態(tài)KINGVIEW，它是亞控公司開發(fā)的工業(yè)通用組態(tài)控制軟件，其自帶多種設備的驅動程序，可很好地與下位機PLC進行通信[2]。

3.2 PLC控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)主要由一臺三菱FX3U-32MR型PLC、工業(yè)搬運機械手及驅動和伺服電機及驅動組成。PLC控制系統(tǒng)的主要功能是控制搬運機械手搬運待測液晶屏并對已測液晶屏按合格與否進行分揀；控制伺服電機驅動的旋轉底座，對檢測工位進行切換；還可以對故障進行報警。

FX3U-32MR型PLC通過自帶的RS-232與組態(tài)王進行通信，通過RS-422與上位機觸摸屏進行通信。

3.3 DSP控制系統(tǒng)

DSP控制系統(tǒng)包括5臺TMS320F288335型DSP，分別控制5個液晶屏檢測平臺，對應流水線的5個工位，每個檢測平臺包括定位夾緊裝置、FPC壓平裝置、FPC連接頭通斷裝置、圖像顯示裝置和二軸旋轉云臺[3]，分別完成對待檢液晶屏的固定至檢測位、FPC定位、液晶屏通電、運行測試程序、空間姿態(tài)調整等功能。

DSP控制系統(tǒng)的5臺TMS320F28335通過MAX485芯片和RS-485總線與PLC通信，向PLC發(fā)送工位切換信號實現(xiàn)兩者的邏輯順序配合[4]；通過SPI總線與ARM圖像識別系統(tǒng)通信，實現(xiàn)姿態(tài)調整工序與圖像采集工序的邏輯順序配合[5]。

3.4 ARM圖像識別系統(tǒng)

ARM圖像識別系統(tǒng)包括一臺S5PV210型ARM控制器、一臺大恒MER-500-7UM工業(yè)相機、分揀機械手及其驅動，主要功能是對液晶屏檢測平臺的各姿態(tài)下的液晶屏采集圖像信息，然后進行圖像的處理與識別，按照行業(yè)規(guī)范的缺陷認定標準判定液晶屏是否合格，分揀機械手根據(jù)識別結果將已測液晶屏搬運到對應的傳送帶上。S5PV210型號控制器內裝有的Linux操作系統(tǒng)，滿足了工業(yè)控制現(xiàn)場低成本、實時圖像處理的要求。

4 控制系統(tǒng)軟件設計

該控制系統(tǒng)中輸入輸出、檢測反饋元件和執(zhí)行元件種類和數(shù)量較多，是一個較為復雜的自動控制系統(tǒng)。因此軟件設計思路是先對系統(tǒng)進行整體分析，將系統(tǒng)分為分別以PLC、DSP、ARM控制器為核心的三個部分單獨進行軟件設計，然后設計各控制器之間的通訊與邏輯順序配合，最后進行系統(tǒng)整體聯(lián)調。PLC控制系統(tǒng)雖然輸入輸出對象較多但是控制難度不高，需要搬運機械手完成固定兩點間的液晶屏搬運，旋轉底座完成單次72°的旋轉；DSP控制系統(tǒng)需要完成圖像采集前的定位、通電和姿態(tài)調整等功能，各工序間通過傳感器和限位開關保證嚴格的順序控制；ARM圖像識別系統(tǒng)需要控制工業(yè)計算機對被測液晶屏進行拍照，并通過運行在Linux操作系統(tǒng)上的圖像處理與識別算法程序對圖像進行識別[6]，并控制分揀機械手，為保證流水線檢測效率，需要優(yōu)化ARM圖像識別系統(tǒng)的圖像識別效率。

單獨調試完成后，需要完成各控制器間的通信和邏輯順序控制。DSP控制系統(tǒng)的每個工位的工序完成后都需要向PLC發(fā)送信號切換工位；DSP控制系統(tǒng)完成每次的姿態(tài)調整后向ARM發(fā)送拍照信號，且ARM圖像識別系統(tǒng)拍照完成后向DSP反饋一個二次姿態(tài)調整信號。上述設計過程完成后，進行系統(tǒng)聯(lián)調。將控制系統(tǒng)運行方式分為手動運行和自動運行兩部分。其中，手動運行方式可通過對上位機上簡單設置實現(xiàn)各個模塊的單獨手動控制操作；自動運行方式采用順序控制方法，能對各邏輯關系、順序等進行精確控制，使各道工序有條不紊互相協(xié)調運行。控制系統(tǒng)程序流程如圖3所示。

圖4所示為試驗室實物調試圖。在試驗室經過調試之后，旋轉底座、液晶屏檢測平臺和ARM圖像識別系統(tǒng)均單獨運行正常且處理器間通訊穩(wěn)定。然后在工業(yè)現(xiàn)場與傳送帶、機械手等設備組成流水線，經過一段時間的測試，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，實現(xiàn)了液晶屏在流水線上的自動化缺陷檢測。

5 試驗與結果分析

位于旋轉底座上的4個工位是保證流水線穩(wěn)定運行的關鍵，因此對4個工位進行運行故障率測試，測試結果如表1所示。由表可知，每個工位的故障率都控制在合理的范圍內，其中工位2的故障率較高，這是由于該工位多工序的累積誤差造成的。

圖3 程序流程Fig.3 Program flow chart

圖4 試驗室實物調試圖Fig.4 Physical debugging diagram

表1 測試結果Tab.1 Test result

6 結語

求。基于PLC、DSP、ARM控制器的手機液晶屏缺陷檢測流水線控制系統(tǒng)，有效地實現(xiàn)了手機液晶屏檢測的自動化，提高了液晶屏檢測的效率和準確率，具有穩(wěn)定性高、易操作、低成本、易維護的特點，對進一步提高國產手機企業(yè)的競爭力具有重要意義。

PLC控制器可靠性高、抗干擾能力強；DSP控制器低功耗、高性能，增強型脈寬調制模塊可實現(xiàn)多電機的同時控制；ARM控制器功耗、體積小，其嵌入式控制系統(tǒng)符合本流水線控制現(xiàn)場的低成本、實時性的要

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