王 芳，金 敏，申璐青，陈 磊

( 中国电子科技集团公司第二研究所， 山西 太原030024)

信息技术的发展离不开显示技术，人机对话最直接的界面就是显示器。显示器件在信息产业中的地位是不言而喻的。在人工智能、物联网、5G、超高清等新技术不断发展，持续突破的阶段，显示屏幕承担了信息呈现的重要作用，是信息技术创新链条上的重要一环。

柔性AMOLED（有源矩阵有机发光二极管）屏幕与智能手机的结合不仅带来了全新的折叠手机，同时也涉及到柔性电子材料、精密元器件、屏下传感器、软件开发等多个领域，对于上游技术创新与发展具有极强的带动作用；另一方面，柔性产品与智能网联汽车、智能家居、人工智能等其他新技术相结合，也大幅增加和丰富了人机交互应用场景，有望为显示产业乃至整个电子信息产业带来新模式、新业态和新变革。AMOLED 智能除泡生产线装备在应用上具有广泛性，需求非常旺盛，实现国产化自主可控极为重要。

1 核心工艺研究

柔性AMOLED 手机屏的基本结构如图1 所示，在每一层之间进行贴合后，需要利用压力及温度变化将贴合过程中产生的气泡散开，增强不同材料之间的粘合力。在整个柔性AMOLED 屏的生产线中，有三处不同的工艺阶段均需进行除泡。

图1 屏幕结构示意图

1.1 气泡产生的原因

屏幕贴合后气泡产生的原因为贴合上下表面不完全平整。比如在CG 盖板边缘会集成很多线路，这些线路会使盖板边缘的厚度变得不均匀产生高度差，中间的贴合胶如果很薄，贴合屏幕后很容易出现气泡反弹的情况。3D 屏、折叠屏的转折处也容易产生顽固气泡。

如图2 所示，微观状态下贴合表面一定是不规则粗糙、凹凸不平，因此气泡的产生是不可避免的。

图2 微观状态贴合表面示意图

1.2 除泡机理的研究

除泡的作用是平衡贴合应力、消除气泡和增强粘接力。除泡的三大要素为时间、温度、压力。胶与接触面完全接触过程如图3 所示。其中，温度加热可以加速胶的流动性及滋润度，在较短的时间内与接触面积完全接触；空气加压可加速胶的流动，增加滋润度并产生适当的挤压压力，去除气泡、平衡应力；而一定时间的保温保压可以使胶持续流动，催化溶入现象去除气泡，增强粘接力。

图3 胶与接触面完全接触过程

除泡机的动作是压力和温度同时或分时产生的，依照时间设定开始除泡程序，直到除泡时间完成后再进行降温减压。在整个过程中，贴合胶及触摸屏（TP）对于温度压力敏感程度不一致，当压力温度快速变化时，触摸屏的挺性很快恢复，但贴合胶还残留一定的核心温度，内应力较小就很容易被触摸屏挺性应力拉开产生小气泡。

因此必须有效减少触摸屏挺性应力与贴合胶应力恢复的不平衡现象，根据上述可靠性实验分析研究温度、压力和时间对触摸屏及贴合胶的应力变化。除泡过程必须严格精确控制温度、压力的升降，以达到良好的除泡效果。

2 逻辑流程优化设计

为提高自动除泡机的综合性能，结合客户的实际生产需要，在原有传统除泡机的基础上，对除泡机的控制系统进行了升级优化设计。从新则功能、通讯系统软件优化、制定功能块（FB）标准化模块、视觉图像等方面进行了优化，大大提升了除泡机的应用范围，为开拓更广泛的市场奠定了良好的技术基础。

2.1 Bypass 搬运

除泡机大多数的应用场景都是将上游送来的产品在高温、高压条件下进行一段时间的除泡。工作流程如图4 所示，上周转机械手从上游设备下料位置抓取玻璃放置周转台上，此时腔体1 载物托盘伸出，下料机械手先将处理好的产品抓取放置在下料周转平台上供下游设备抓取，上料机械手从周转台上抓取产品放置在载物托盘上，根据工艺参数设置，重复此动作，直至载物托盘玻璃放置完毕。载物托盘退回腔体1 锁闭开始除泡；按照上述动作流程多个腔体顺序循环动作，实现设备的自动运行。

图4 除泡机结构示意图

针对某些不需要除泡的液晶面板（NG Panel），之前的做法是人工将上游产品进行搬运，直接进行除泡工艺之后的下一道工序。基于该情况，需打破传统除泡机的工序，对除泡机自动化功能进行升级优化，要求设备具备只搬运不除泡（即Bypass）的新工艺功能，由此实现除泡设备应用场景的全面覆盖，为今后适应后续各种工艺生产线奠定基础。

如图5 所示，在人机界面添加“开启Bypass”按钮，并可以根据实际生产需求设定从第几片后开启该功能，同时可以通过触屏界面实时查看当前Bypass 的产品片数。

图5 Bypass 功能界面示意图

当腔体抽出到某一位置时，若选择“开启Bypass 功能”，则托盘暂停动作，既不伸出也不退回，此时托盘相当于一个搬运平台，托盘上料机械手从上周转平台吸附产品后放到托盘平台上，再由下料机械手从托盘将产品吸起，放至下周转台，依此循环进行，实现除泡设备的搬运功能。

2.2 上下游交互日志

在客户现场上下游交互信号对接，有时候联机出现问题时，经常难以确定问题出现时刻的信号信息。为了便于查看联机交互信号，快速准确地查找问题，特开发此功能，具体实现程序代码如图6 所示，实现上下游交互信号历史查看日志（LOG），人机操作界面见图7。

图6 交互LOG 程序实现代码

图7 交互LOG 触屏界面

此功能对于处理现场问题具有很大的实用性，对于不便于扑捉到的实时上下游交互信号，记录LOG 日志就发挥了历史查询可做到“有据可循”。

2.3 配方分区

由于目前液晶面板的覆盖尺寸跨度大，针对不同尺寸的液晶面板，设备的动作流程也不同——大尺寸产品从滚轮（CV）横向来料，上料手臂吸附后先旋转后搬运送至腔体，一个腔体放置1 片；而小尺寸产品则从滚轮纵向来料，上料手臂吸附后直接搬运送至腔体，一个腔可以放2 片。针对这种情况，通过软件设计，并结合配方界面的尺寸选择，对应不同的分区吸附，同时在人机操作界面配方界面添加尺寸选择按钮，实现尺寸配方的一键切换，实现便捷操作，从而优化设备性能，如图8 所示。

图8 配方分区界面

3 制定FB 标准化模块

根据多年的设备软件编程经验，将设备相对固定的机械结构部件进行功能块（FB）模块化编写，将已通过验证、运行稳定的软件形成功能块。目前已形成部门软件标准，在软件小组内推广。

如图9 所示，伺服轴模块包含运动控制模块的轴数、轴号、定位编号、当前进给值、轴状态、轴速度等多个输入（INPUT），封装的功能块适用于4 轴、16 轴的定位模块，这样极大地缩短了轴控制的程序编写量，且稳定可靠。面对目前部门专属定制型订单多的现状，调用内部标准功能块，可大大缩短设备的软件编程时间，稳定可靠。

图9 FB 软件设计模块化

4 通讯系统软件优化

目前的自动除泡机有两种模式——抽屉式自动除泡机和罐体式自动除泡机。除泡机的生产工艺需要设置温度、压力等参数，需要温控模块和AD模块等来实现，同时还有许多客户现场需要增加FFU 净化单元，这些都需要与设备进行通讯。

之前的自动除泡机通讯方式成本高，电气硬件方面接线复杂，线路较多。通讯模块多，设置参数繁琐。现场会出现因为模块硬件故障引起的设备故障。

改善后的效果：

（1）通过编写软件通讯模块相关485 通讯程序，形成标准功能模块，节约了2 个Modbus 模块，成本低；

（2）接线简单，减少了复杂的线路；

（3）减少模块数量，参数设置简单；

（4）程序调用简单，调试时测试无误后，避免了相关硬件引起的设备故障，提高了设备通讯的稳定性。

5 视觉图像优化

5.1 视觉定位改进算法

柔性屏在托盘中会有不同程度的弯曲，导致相机中投影的图像有一定程度的变形，甚至是反光。常规定位算法对此类情况容易造成误判和漏检。

解决方案：

在之前的形状匹配算法中加入对局部形变的容忍算法，同时使用三阶最小二乘方插值。允许被匹配对象有局部形变，也能准确的识别。同时保证很高的定位精度。如图10 所示，屏幕未变形时，形状模型可以和图像精确匹配柔性屏中间翘起，导致长度变短和右侧出现明显的反光干扰。图10 中能看到形状轮廓比实际的图像大，但也准确找到屏的位置。

图10 未变形、变形屏幕

5.2 屏幕和背景只有极小对比度的产品定位

柔性屏表面是塑料膜，相比LCD（液晶）屏幕对光源的散射更多，反光更少。一些情况下需要在黑色防静电平台上定位。此时屏幕和背景只有10 个左右的灰度差，对比度极小，容易引起定位失败。

解决方案：放弃模板匹配的定位方案。使用矩形拟合方式，在图像中使用一维测量算法找到屏幕和背景的边界点，再将所有找到的点迭代拟合矩形。这样部分边界点的错误不会影响最终结果。可以高精度并稳定的测量出屏幕位置。

背景和屏幕只有10 个灰度差。但找到的屏幕边缘和实际边缘的误差不超过1 个像素。使用矩形拟合同时拟合4 条边，比使用线性拟合分别拟合4 条边，能得到更好的稳定性和更高的精度。

5.3 在同一工位实现多屏幕定位和多二维码扫码

托盘中需要屏幕定位抓取和二维码扫码上报。之前使用两套系统分别定位和扫码，而且每次只能扫一片屏幕的二维码，造成成本高，节拍长。如在同一工位实现两套系统，对于扫码有视野太大、码太小而无法实现的问题。

解决方案：使用2 000 万像素的相机，同时提高定位算法的运算速度和提高二维扫码算法对极小二维码的解读能力，实现多二维码同时读取，并通过二维码交叉比较和二维码、定位结果交叉比较。实现在一副图像上既准确快速的定位，又能准确解码，并将二维码自动匹配到每个定位结果上。如图11 所示，在整个托盘的视野中也能迅速解码极小的二维码，并进行柔性屏幕的定位。

图11 矩形拟合方式

6 结束语

本文从逻辑流程优化设计、制定FB 标准化模块、通讯系统软件优化、视觉图像等方面对除泡机的优化设计进行了阐述，通过这些方面创新优化，大大提升了原有除泡机的性能、使用体验和适用范围，符合“降本增效”的设计理念，有效地节约了设计成本，经济效益显著，对平板显示生产线智能化提升有一定的意义。