自動(dòng)化液晶模塊（COG）預(yù)壓綁定視覺對(duì)位系統(tǒng)

1、自動(dòng)化液晶模塊(COG)預(yù)壓綁定視覺對(duì)位系統(tǒng)史紅新（上海昱辰機(jī)電工程有限公司 上海 200070）摘要本文針對(duì)液晶模塊預(yù)壓綁定(COG：Chip On Glass）視覺對(duì)位系統(tǒng)的自動(dòng)化生產(chǎn)，提出了自動(dòng)化系統(tǒng)的解決方案；針對(duì)生產(chǎn)的工藝流程闡述了自動(dòng)化視覺對(duì)位系統(tǒng)解決方案的系統(tǒng)構(gòu)成、軟件結(jié)構(gòu)、控制難點(diǎn)及解決辦法。關(guān)鍵詞：COG塊預(yù)壓綁定設(shè)備，PLC控制，伺服控制，視覺定位。一簡(jiǎn)介 新型顯示器件及材料是我國(guó)電子元件行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，包括發(fā)展中小尺寸STN-LCD屏及模塊，筆記本電腦和monitor用彩色TFT-LCD，COG、TCP驅(qū)動(dòng)IC，LCOS微顯示技術(shù)以及手機(jī)液晶顯示模塊。自本世紀(jì)初開始，在降

2、低生產(chǎn)成本的驅(qū)動(dòng)下，全球各大液晶模塊生產(chǎn)巨頭紛紛將制造中心轉(zhuǎn)移到中國(guó)大陸，目前中國(guó)已成為全球最大的液晶模塊生產(chǎn)國(guó)，幾乎全球所有的液晶模塊制造商都已經(jīng)把生產(chǎn)工廠遷移到中國(guó)大陸。所謂液晶模塊預(yù)壓綁定(COG)（Chip On Glass）指的是運(yùn)用一種包含金屬顆粒的粘性膜（異方向性導(dǎo)電膜ACF），通過預(yù)壓將IC芯片綁定在LCD玻璃板上，使IC與LCD玻璃板之間的線路連通。由于IC芯片面積小，但I(xiàn)/O端數(shù)量多。要想使IC與LCD玻璃板之間的線路很好的連通，就需要對(duì)IC和LCD進(jìn)行非常精確的定位，保證足夠的定位精度。而IC和LCD上微小的Mark點(diǎn)使得通過人眼定位變的困難重重，而且人眼的易疲勞和主觀性

3、對(duì)這種高精度的對(duì)位帶來嚴(yán)重隱患。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和自動(dòng)化水平，我們研發(fā)了由歐姆龍CP1H可編程序控制器（PLC）控制的液晶模塊預(yù)壓綁定(COG)視覺對(duì)位系統(tǒng)。二工藝流程與系統(tǒng)構(gòu)成2.1工藝流程：如圖一所示，分為以下幾個(gè)步驟。1）托盤移動(dòng)到綁定頭下面，綁定頭準(zhǔn)備吸取托盤上面的芯片。2）綁定頭向下吸取托盤的上面的芯片 ，然后托盤移走。3）綁定頭再向下，兩個(gè)攝像鏡頭對(duì)綁定頭上的芯片進(jìn)行拍照記錄2個(gè)MarK點(diǎn)。綁定頭向上移動(dòng)。4）LCD平臺(tái)移動(dòng)到兩個(gè)攝像鏡頭的下面，攝像鏡頭對(duì)LCD上的放置芯片引腳處拍2個(gè)MarK點(diǎn)。5）計(jì)算芯片上兩個(gè)Mark的連線和LCD上兩個(gè)Mark點(diǎn)的連線的角度。然

4、后旋轉(zhuǎn)軸使兩個(gè)連線的角度為0。再移動(dòng)LCD平臺(tái)的XY軸使兩條線重合。6）綁定頭下壓，將芯片壓到LCD液晶屏上。圖一2.2系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)基本要求：1.控制6軸伺服系統(tǒng)，其中兩軸要求達(dá)到1MKHz速度頻率； 2.通用的16點(diǎn)的輸入和16點(diǎn)輸出（與軸的脈沖輸出、 限位、原點(diǎn)信號(hào)、接近信號(hào)等除外）。系統(tǒng)的構(gòu)成如下圖（圖二）所示：圖二2.3程序流程圖按照生產(chǎn)的工藝流程，程序的流程圖如下圖（圖三）所示：圖三三控制系統(tǒng)的關(guān)鍵問題及解決方案3.1視覺校正和自動(dòng)對(duì)位視覺校正是通過視覺檢測(cè)系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)將以下的兩條直線通過LCD平臺(tái)的X軸、Y軸、軸（旋轉(zhuǎn)軸）的運(yùn)動(dòng)，使LCD的Mark點(diǎn)和IC上的Mark點(diǎn)重合

5、。問題的解決方案分為兩步：整個(gè)系統(tǒng)的核心是歐姆龍CP1H可編程序控制器（PLC）和F210雙攝像頭視覺系統(tǒng)，兩者采用RS-232C串行通訊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。算法在視覺中實(shí)現(xiàn)，最后視覺給出所需要旋轉(zhuǎn)的角度值、X軸和Y軸所需要移動(dòng)的距離（mm單位），采用的ECM搜索時(shí)間只要150ms左右，采用精度搜索只要100ms左右。具體的算法和過程如下：A).進(jìn)行坐標(biāo)標(biāo)定，將像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為以mm為單位的坐標(biāo)系（如下圖所示）。其中：X和Y表示轉(zhuǎn)換成mm的坐標(biāo)。 X和Y表示（X1,Y1）(X2,Y2)(X3,Y3)點(diǎn)的像素值。具體的方程解法為：X=A*X1+B*Y1+CY=A*X1+B*Y1+CX=A*X2+B*Y2

6、+CY=A*X2+B*Y2+CX=A*X3+B*Y3+CY=A*X3+B*Y3+CX-X=X-X=a(常數(shù)已知) X-X=0Y-Y=Y-Y=b(常數(shù)已知) Y-Y=0B).做自動(dòng)回轉(zhuǎn)中心,是為了將兩個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)一到一個(gè)坐標(biāo)系中（如下圖所示）。說明：以下每個(gè)點(diǎn)是觸發(fā)10次，讀出來的值取平均值。C).已知一個(gè)圓上的三個(gè)點(diǎn)，我們可以求出這個(gè)圓的圓心。計(jì)算圓心的方法有兩種：可以通過功能塊ST語(yǔ)言來編寫比較方便。 公式一： (x-a)2+(y-b)2=r2; 其中:(a,b)為圓心的坐標(biāo)，r為圓心的半徑。 （x，y）為已知的三點(diǎn)，三個(gè)方程求三個(gè)未知數(shù)。 公式二：已知三點(diǎn)為(x1,y1)、(x2,y2)、

7、(x3,y3)然后根據(jù)(x1,y1),(x2,y2)連線的中垂線和(x2,y2),(x3,y3)連線的中垂線相交點(diǎn)為圓心。這樣就能求出在左攝像頭坐標(biāo)系的一個(gè)圓心（m1,n1）和在右攝像頭坐標(biāo)系的一個(gè)圓心(m2,n2)。這兩個(gè)點(diǎn)在空間上是同一個(gè)點(diǎn)。如下圖：D).將左攝像頭的坐標(biāo)原點(diǎn)與圓心的坐對(duì)換，右攝像頭的坐標(biāo)原點(diǎn)與圓心的坐標(biāo)對(duì)換。這樣就形成了統(tǒng)一的坐標(biāo),新的坐標(biāo)系以圓心為原點(diǎn)，利用斜率計(jì)算出IC和LCD的角度差。此種算法計(jì)算出來的角度是有誤差的，每次計(jì)算出來的角度都是大于實(shí)際的角度，mark點(diǎn)的大的誤差?。ù蠹s是1.5倍），mark點(diǎn)小的誤差大（可以達(dá)到2倍）。減小誤差的方法，是在計(jì)算出來的角

8、度上再乘以一個(gè)系數(shù)。此系數(shù)是可以更改的，不同的產(chǎn)品對(duì)應(yīng)不同的系數(shù)。角度基本上是通過連續(xù)兩次校正完成的。精度到達(dá)0.02度，x軸和y軸是一次校正完成。校正完成后的角度精度達(dá)到0.02度，X軸的誤差是1-2個(gè)脈沖為0.5um-1um,Y軸的誤差是1-2個(gè)脈沖是1.25um-2.5um。3.2配方功能的實(shí)現(xiàn)客戶要求可以調(diào)用多達(dá)30種產(chǎn)品的生產(chǎn)參數(shù)。該系統(tǒng)采用連接在可編程序CP1H上的人機(jī)交互界面NP系列觸摸屏來調(diào)用存儲(chǔ)在CP1H的生產(chǎn)參數(shù)，如下圖所示：通過觸摸屏的配方功能可以做到調(diào)用生產(chǎn)產(chǎn)品的參數(shù)，但是NP的屏只能做得字的參數(shù)調(diào)用，不能做到雙字的參數(shù)調(diào)用。在做軸運(yùn)動(dòng)參數(shù)的示教功能時(shí)，使用觸摸屏的配方

9、功能也是不方便的，故30種產(chǎn)品產(chǎn)品參數(shù)的調(diào)用只能用PLC的程序來實(shí)現(xiàn)。3.3示教功能的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求每種類型產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)軸的參數(shù)都要通過示教功能學(xué)習(xí)出來。先讓要選擇要進(jìn)行示教的軸（例讓W(xué)54.02導(dǎo)通），通過點(diǎn)動(dòng)增加減少絕對(duì)脈沖數(shù)來移動(dòng)軸，將A276賦值給D218,其中D218的內(nèi)容隨品種編號(hào)而變化，D109是在觸摸屏上顯示的數(shù)據(jù)，如下圖所示：3.4伺服系統(tǒng)多軸多速控制的實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)每個(gè)軸使用4種不同的速度模式：調(diào)試高速、調(diào)試低速、產(chǎn)品高速、產(chǎn)品低速且四種模式下的速度可以任意更改，操作是先點(diǎn)擊產(chǎn)品低速，再進(jìn)入速度參數(shù)的設(shè)定，如下圖所示：每個(gè)軸使用4種不同的速度模式。其中W22.00、W22.01位NP屏的調(diào)試高速臨時(shí)按鍵，W23.00、W23.01為寫入數(shù)據(jù)的觸發(fā)信號(hào)。四結(jié)論由歐姆龍CP1H可編程序控制器（PLC）和F210雙攝像頭視覺系統(tǒng)構(gòu)成的自動(dòng)化液晶模塊預(yù)壓綁定(COG)視覺對(duì)位系統(tǒng)運(yùn)行速度快、效率高、控制精確、穩(wěn)定可靠。該系統(tǒng)克服了過去采用工人目視定位所帶來的種種弊端，為液晶模塊的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)、為液晶行業(yè)生產(chǎn)效率的提高提供了可靠保障。參考文獻(xiàn)：1). CP1H-X40D/XA40D/Y20DT-D/CP1L CPU Unit Programming Manual, Catalog Number: W451-