自动化液晶模块COG预压绑定视觉对位系统.docx

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自动化液晶模块COG预压绑定视觉对位系统

自动化液晶模块（COG）预压绑定视觉对位系统

史红新

（上海昱辰机电工程有限公司上海200070）

摘要

本文针对液晶模块预压绑定（COG：

ChipOnGlass）视觉对位系统的自动化生产，提出了自动化系统的解决方案；针对生产的工艺流程阐述了自动化视觉对位系统解决方案的系统构成、软件结构、控制难点及解决办法。

关键词：

COG块预压绑定设备，PLC控制，伺服控制，视觉定位。

一．简介

新型显示器件及材料是我国电子元件行业发展的重点，包括发展中小尺寸STN-LCD屏及模块，笔记本电脑和monitor用彩色TFT-LCD，COG、TCP驱动IC，LCOS微显示技术以及手机液晶显示模块。

自本世纪初开始，在降低生产成本的驱动下，全球各大液晶模块生产巨头纷纷将制造中心转移到中国大陆，目前中国已成为全球最大的液晶模块生产国，几乎全球所有的液晶模块制造商都已经把生产工厂迁移到中国大陆。

所谓液晶模块预压绑定（COG）（ChipOnGlass）指的是运用一种包含金属颗粒的粘性膜（异方向性导电膜ACF），通过预压将IC芯片绑定在LCD玻璃板上，使IC与LCD玻璃板之间的线路连通。

由于IC芯片面积小，但I/O端数量多。

要想使IC与LCD玻璃板之间的线路很好的连通，就需要对IC和LCD进行非常精确的定位，保证足够的定位精度。

而IC和LCD上微小的Mark点使得通过人眼定位变的困难重重，而且人眼的易疲劳和主观性对这种高精度的对位带来严重隐患。

为了保证产品质量、提高生产效率和自动化水平，我们研发了由欧姆龙CP1H可编程序控制器（PLC）控制的液晶模块预压绑定（COG）视觉对位系统。

二．工艺流程与系统构成

2.1工艺流程：

如图一所示，分为以下几个步骤。

1）托盘移动到绑定头下面，绑定头准备吸取托盘上面的芯片。

2）绑定头向下吸取托盘的上面的芯片，然后托盘移走。

3）绑定头再向下，两个摄像镜头对绑定头上的芯片进行拍照记录2个MarK点。

绑定头向上移动。

4）LCD平台移动到两个摄像镜头的下面，摄像镜头对LCD上的放置芯片引脚处拍2个MarK点。

5）计算芯片上两个Mark的连线和LCD上两个Mark点的连线的角度。

然后旋转@轴使两个连线的角度为0。

再移动LCD平台的XY轴使两条线重合。

6）绑定头下压，将芯片压到LCD液晶屏上。

图一

2.2系统构成

系统基本要求：

1.控制6轴伺服系统，其中两轴要求达到1MKHz速度频率；

2.通用的16点的输入和16点输出（与轴的脉冲输出、

限位、原点信号、接近信号等除外）。

系统的构成如下图（图二）所示：

图二

2.3程序流程图

按照生产的工艺流程，程序的流程图如下图（图三）所示：

图三

三．控制系统的关键问题及解决方案

3.1视觉校正和自动对位

视觉校正是通过视觉检测系统和PLC控制系统将以下的两条直线通过LCD平台的X轴、Y轴、θ轴（旋转轴）的运动，使LCD的Mark点和IC上的Mark点重合。

问题的解决方案分为两步：

整个系统的核心是欧姆龙CP1H可编程序控制器（PLC）和F210双摄像头视觉系统，两者采用RS-232C串行通讯实现数据交换。

算法在视觉中实现，最后视觉给出所需要旋转的角度θ值、X轴和Y轴所需要移动的距离（mm单位），采用的ECM搜索时间只要150ms左右，采用精度搜索只要100ms左右。

具体的算法和过程如下：

A）.进行坐标标定，将像素坐标转换为以mm为单位的坐标系（如下图所示）。

其中：

X’和Y’表示转换成mm的坐标。

X和Y表示（X1,Y1）（X2,Y2）（X3,Y3）

点的像素值。

具体的方程解法为：

X’=A*X1+B*Y1+C

Y’=A*X1+B*Y1+C

X’’=A*X2+B*Y2+C

Y’’=A*X2+B*Y2+C

X’’’=A*X3+B*Y3+C

Y’’’=A*X3+B*Y3+C

X’-X’’=X’-X’’=a（常数已知）X’’-X’’’=0

Y’’’-Y’’=Y’’’-Y’=b（常数已知）Y’-Y’’=0

B）.做自动回转中心,是为了将两个坐标系统一到一个坐标系中（如下图所示）。

说明：

以下每个点是触发10次，读出来的值取平均值。

C）.已知一个圆上的三个点，我们可以求出这个圆的圆心。

计算圆心的方法有两种：

可以通过功能块ST语言来编写比较方便。

公式一：

（x-a）2+（y-b）2=r2;

其中:

（a,b）为圆心的坐标，r为圆心的半径。

（x，y）为已知的三点，三个方程求三个未知数。

公式二：

已知三点为（x1,y1）、（x2,y2）、（x3,y3）

然后根据（x1,y1）,（x2,y2）连线的中垂线和（x2,y2）,（x3,y3）连线的中垂线相交点为圆心。

这样就能求出在左摄像头坐标系的一个圆心（m1,n1）和在右摄像头坐标系的一个圆心（m2,n2）。

这两个点在空间上是同一个点。

如下图：

D）.将左摄像头的坐标原点与圆心的坐对换，右摄像头的坐标原点与圆心的坐标对换。

这样就形成了统一的坐标,新的坐标系以圆心为原点，利用斜率计算出IC和LCD的角度差。

此种算法计算出来的角度是有误差的，每次计算出来的角度都是大于实际的角度，mark点的大的误差小（大约是1.5倍），mark点小的误差大（可以达到2倍）。

减小误差的方法，是在计算出来的角度上再乘以一个系数。

此系数是可以更改的，不同的产品对应不同的系数。

角度基本上是通过连续两次校正完成的。

精度到达0.02度，x轴和y轴是一次校正完成。

校正完成后的角度精度达到0.02度，X轴的误差是1-2个脉冲为0.5um-1um,Y轴的误差是1-2个脉冲是1.25um-2.5um。

3.2配方功能的实现

客户要求可以调用多达30种产品的生产参数。

该系统采用连接在可编程序CP1H上的人机交互界面NP系列触摸屏来调用存储在CP1H的生产参数，如下图所示：

通过触摸屏的配方功能可以做到调用生产产品的参数，但是NP的屏只能做得字的参数调用，不能做到双字的参数调用。

在做轴运动参数的示教功能时，使用触摸屏的配方功能也是不方便的，故30种产品产品参数的调用只能用PLC的程序来实现。

3.3示教功能的实现

系统要求每种类型产品的运动轴的参数都要通过示教功能学习出来。

先让要选择要进行示教的轴（例让W54.02导通），通过点动增加减少绝对脉冲数来移动轴，将A276赋值给@D218,其中D218的内容随品种编号而变化，D109是在触摸屏上显示的数据，如下图所示：

3.4伺服系统多轴多速控制的实现

伺服系统每个轴使用4种不同的速度模式：

调试高速、调试低速、产品高速、产品低速且四种模式下的速度可以任意更改，操作是先点击产品低速，再进入速度参数的设定，如下图所示：

每个轴使用4种不同的速度模式。

其中W22.00、W22.01位NP屏的调试高速临时按键，W23.00、W23.01为写入数据的触发信号。

四．结论

由欧姆龙CP1H可编程序控制器（PLC）和F210双摄像头视觉系统构成的自动化液晶模块预压绑定（COG）视觉对位系统运行速度快、效率高、控制精确、稳定可靠。

该系统克服了过去采用工人目视定位所带来的种种弊端，为液晶模块的大规模工业化生产、为液晶行业生产效率的提高提供了可靠保障。

参考文献：

1）.CP1H-X40D/XA40D/Y20DT-D/CP1LCPUUnitProgrammingManual,CatalogNumber:

W451-E1-02,OMRONCorporation.

2）.F210VisionSensorSetupManual,CatalogNumber:

SCHB-738B,OMRONCorporation.

3）.《COG倒装设备的控制系统研究与优化》作者：

常永亮，上海交通大学硕士学位论文，2012年2月。