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精密测量于方寸之间——自动化所攻克手机盖板检测多项难题



近日,由自动化所精密感知与控制研究中心研发的手机盖板检测系列设备亮相2016深圳高交会。这些设备能够对手机盖板生产、加工和印刷等环节的不良缺陷进行高性能的定量检测。多项缺陷检测的正确率超过95%,达到国内领先水平,打破国外的技术垄断。


火眼金睛 看清微米瑕疵


手机盖板玻璃是手机触摸屏最表面的玻璃。随着智能手机的兴起,盖板玻璃在电子行业的应用极其广泛。而盖板缺陷自动检测在智能手机领域被认为是困扰行业多年的技术瓶颈,尤其是覆膜后的手机盖板玻璃检测难度更大。


精密感知与控制研究中心副主任、项目研究员张正涛介绍,手机盖板的生产有着严格的流程:包括CNC(对玻璃产品外形、打孔等加工工艺)、钢化(对玻璃产品进行强化)、抛光(对玻璃产品表面光洁度、平整度进行加工)、丝印(对玻璃产品油墨遮盖、印刷logo等)、镀膜、清洁等环节。而每一个生产环节都涉及玻璃质量检测,工序多达10余道。目前几乎所有的流程都是人工检测。以手机盖板生产的龙头企业蓝思科技股份有限公司为例,6万余人的员工有超过25%的人在进行盖板玻璃人工检测,月产量在4000万片以上。一方面,大量的人力投入在带来成本提升的同时,并不能有效保证质检合格率;另一方面,质量检测时需要工人们长时间在强光下观察玻璃外观,将对检测人员的视力带来影响。这些因素都促使手机盖板生产厂家寻求新的突破。


针对广阔的市场需求,团队通过与行业企业的深度对接,首先选择手机盖板丝印机外挂品控仪、手机盖板覆膜丝印外观疵病检测仪和手机盖板白片外观疵病检测仪三项设备作为突破口。虽然都是对盖板检测,可这三个环节的却各不一样,外挂品控仪需要与原有的丝印设备有限衔接,发挥“机器代人”的作用、覆膜丝印外观疵病检测仪需要发现丝印区长牙或牙缺等问题、白片外观疵病检测仪需要检测划痕、IR孔黑点等问题。每一款设备都面临着不同的难题。


从需求调研到项目选定,从外型设计到算法的完善,从实验室概念到生产线上的实际应用,团队用了一年半时间,解决了手机盖板检测的关键问题。目前,覆膜丝印外观疵病检测仪可针对覆膜后的2D手机盖板(可扩展到3D)实现丝印区缺陷品相检测,检测精度20微米,检测速度5s/片。白片外观疵病检测仪针对手机2D白玻片,检测划伤、蹭伤、崩边,检测分辨率10微米,检测尺寸<7寸,检测速度5s/片。外挂品控仪已成功与丝印机相连接,在试验车间实现了全自动上下料及检测。


从“高大上”到“接地气”


团队在短时间内取得应用突破源自多年来在视觉检测及自动控制方面的技术积累。在“十二五”初期,精密感知与控制研究中心承担了国家项目,突破了检测大功率激光器的大口径光学元件的表面瑕疵包括划痕、尘埃、麻点等多项技术。团队创造性地提出了显微视觉下明暗场成像方法的融合及相应的快速精密检测方法与装置,将光学元件表面瑕疵检测的技术指标定格在了微米级。


精密感知与控制研究中心主任徐德研究员介绍说,光学元件表面瑕疵的自动检测首先需要解决图像成像问题。明场成像具有成像细节丰富,测量准确但效率低的特点。暗场成像具有扫描速度快,可观测远小于分辨率的损伤,但由于非线性散射效应无法准确测量的特点。经过反复试验,团队结合二者优点,实现了大口径光学元件表面瑕疵的自适应、快速、精确检测。利用明场显微视觉的小景深实现对大口径光学元件的姿态的自适应测量无需复杂的机械校准;利用暗场成像系统实现对大口径光学元件的快速扫描;基于暗场损伤图像,实现明场成像系统对暗场损伤图像的二次定位与准确检测。该方法解决了适应性、准确性、效率三个核心问题,切实解决了国内精密大口径元件检测依赖人工的现状,极大提升了我国在该领域的技术水平。


虽然在国家项目中取得了一系列成绩,可团队成员还希望将技术应用地更广。从“高大上”到“接地气”,离不开团队成员扎根行业的周密调研。张正涛说:“利用半年时间,我几乎跑遍了江浙、广东沿海的大小企业。我通过各种场合向企业家们介绍我们的技术,听取来自一线的需求。我坚信,我的成果一定能在行业找到结合点”。


技术与需求的碰撞终于产生了火花。张正涛发现,之前在国家重大专项中积累的技术能非常好地运用到手机盖板生产检测的各个环节。用张正涛的话来说,他们终于找到了行业的“痛点”。


可这仅仅是应用突破的第一步,真正将实验室成果转化为行业需要的技术还有漫长的道路。“在手机盖板检测中,有20多个指标,每一个指标的位置、特征都不一样,性能指标不比实验室低,稳定性比实验室还高”,这是张正涛面临的最大难题。


不仅如此,各种意料之外的困难也接踵而至。为了选择一家合适的合作厂商,团队成员硬是在行业内一家自动化水平很高的盖板生产企业蹲点了三天,才软磨硬泡换来了进场实验的机会。为了减少机械传动的误差,他们试遍了各种传输方式和各种材质的传输带,最终找到了晃动小于30微米误差的解决方案。带着科研人员的“倔劲”,团队一步步走向了成功。


成功源自于行业的“亲密接触”


虽然进入手机生产行业不久,但张正涛俨然已成为这个领域的行家,说起手机盖板制造和检测流程如数家珍。今年9月,借着研究所离岗创业政策的东风,该项技术形成的知识产权对外进行转移转化,成立了产业公司,相关设备即将进入产业推广阶段。


“技术还有需要完善的地方,但公司在尽职调查时,投资方对我们熟悉行业情况给予了高度评价”,张正涛介绍说,“一定要与行业亲密接触,真正了解到行业痛点,才能做出推动真正有用的产品”,这是他一年多来最大的心得。


正是有着对行业的充分了解,谈及下一步发展,张正涛充满了信心:“我们之前积累的精密装配技术,可以与手机盖板的装配很好结合;光学检测技术未来会在锂电、LCD等方面有着更广的应用”。


不仅如此,这个年轻人还在酝酿一个想法,自动化所有着一批尖端技术,也有着一批有致于将技术与产业相结合,真正推动应用的科研人员。“我们应该联合起来,建立一个研究所技术库,一方面大家不断把技术做得更好,另一方面,通过充分的交流合作,信息资源的共享,找到与企业的结合点,真正把我们的成果转化成走进千家万户的产品!”


有理由相信,在他们的努力下,“人工智能+”的生活将更加美好!


原文链接:http://www.ia.cas.cn/xwzx/ttxw/201612/t20161213_4720385.html





 
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