一种对液晶屏产生指定位置形状绕度的程控装置及其控制方法与流程

本发明属于自动化设备技术领域，涉及液晶屏生产中的研究分析设备，用于研究有源矩阵有机发光二级面板显示屏(amoled)所使用的偏光片各结构层参数，根据需要，产生不同位置、不同形状、不同大小的绕度，为一种对液晶屏产生指定位置形状绕度的程控装置及其控制方法。

背景技术：

有源矩阵有机发光二级面板显示屏(amoled)主要特点是在于可以折叠，这一特点使得这种屏现在发光屏的主流之一，关于其绕度性能的研究是其重要的研究热点内容之一。

在研究其绕度性能的时候，需要在不同位置、产生不同形状、不同曲度的反复折叠，然后分析其偏光片各结构层参数的性能，这一工作目前主要是分析人员人工手动完成。这一方式一是单调重复，人工操作易疲劳，二是人工手动操作无法重复产生精确的相同位置、相同形状、相同曲度的动作，进而满足统计上的要求。

中国专利申请cn108666355a《amoled模组及其弯折状态的显示方法》提出了关于amoled的弯折技术，但是该方案是通过设定一个判定依据，用于确定液晶屏当前的折弯状态，而没有提供如何产生不同位置、不同形状、不同大小的绕度的方案。

针对这一问题，本发明创新性的提出一种基于机器人技术的用于检测amoled整体质量的程控绕度装置，它通过多个机械臂的协同操作，产生研究和检测人员所需的不同位置、产生不同形状、不同曲度的反复折叠，用于amoled进一步的分析研究。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是，现有技术对液晶屏的折弯分析依赖人工操作，需要一种自动测试装置，自动完成对液晶屏重复的、多样的折弯测试。

本发明的技术方案为：一种对液晶屏产生指定位置形状绕度的程控装置，包括控制器、定位平台、折弯机器人、折弯模具和折弯模具定位装置台，定位平台为所述程控装置的操作平台，折弯机器人及折弯模具定位装置台设置在定位平台上，折弯机器人包括2台机器人机械臂，机器人机械臂配设有气泵，气泵用于提供机械臂夹手的夹持动力，控制器用于根据的配置折弯机器人及折弯模具定位装置台的空间位置，发出控制信号，控制折弯机器人动作，折弯机器人用于抓取和夹持液晶屏待测样品及折弯模具，并根据控制信号将抓取物件配置到指定位置。

进一步的，定位平台上还设有液晶屏待测样品备料台和模具备料台，液晶屏待测样品备料台用于放置液晶屏待测样品，模具备料台用于放置折弯模具。

进一步的，定位平台上还设有压平平台，用于将折弯后的液晶屏待测样品压平复原。

进一步的，所述程控制装置还设有紧急按钮，用于直接切断程控装置电源，控制器连接有声光提示单元，用于提示程控装置的当前操作。

进一步的，机器人机械臂夹手的夹持面上设有压力传感器，用于检测液晶屏待测样品与夹持面之间的压力。

本发明还提出了上述对液晶屏产生指定位置形状绕度的程控装置的控制方法，包括以下步骤：

1)确认折弯机器人、折弯模具和折弯模具定位装置台的位置，建立折弯操作空间坐标系；

2)设置折弯机器人的运动轨迹，根据折弯操作空间坐标系转换为折弯机器人的动作控制信号，控制器发送动作控制信号，控制折弯机器人进行动作；

3)折弯机器人夹持液晶屏待测样品到折弯模具上方，配合折弯模具完成指定位置、形状、绕度的运动，指定的位置为液晶屏待测样品对准折弯模具的位置，指定的形状来源于折弯模具的形状，当折弯机器人把液晶屏待测样品往下运动，液晶屏待测样品下方的折弯模具不动或者往上运动时，产生指定的折弯动作以及折弯的形状，测试动作的角度，即绕度来源于折弯机器人和折弯模具的共同运动。

进一步的，在步骤1)中还确认液晶屏待测样品备料台和模具备料台的位置，在步骤3)中，折弯机器人首先从模具备料台抓取折弯模具，设置到折弯模具定位装置台的指定位置上，再从液晶屏待测样品备料台抓取液晶屏待测样品，移动到折弯模具上方，配合折弯模具完成指定位置、形状、绕度的运动。

进一步的，还包括步骤4)，折弯机器人将完成指定位置、形状、绕度的折弯运动的液晶屏待测样品，移动到压平平台，进行压平。

作为优选方式，对液晶屏待测样品进行指定角度的折弯动作时，首先通过一个折弯机器人把待测样品移动到折弯模具定位装置台上的折弯模具附近，改变姿态为把样品平行于折弯模具状态，对准待折弯的位置，控制另一个折弯机器人抓取样品的另一端，然后把样品与折弯模具接触，计算出两个折弯机器人的夹手的弧形运动轨迹，用插值法执行折弯动作路径，从而控制夹手夹持样品进行整体变形时产生的力度和速度，防止用力过猛。

进一步的，还包括压力异常检测：

a)对于液晶屏待测样品产生断裂的折弯操作，通过压力传感器获取折弯机器人每段运动插值轨迹的中的压力fs1…fsn，统计出这些压力值的方差s1；统计中观测是样品否有断裂，一旦产生断裂则停止统计；

b)对于液晶屏待测样品未产生断裂的折弯操作，统计出每次完整运动时的压力f1…fn，计算出这些压力值的方差s2，以及这些压力的最大最小值之间的差fd，得到平均值favg；

c)设定断裂阈值t1和压力阈值t2，用于对后续样品折弯操作的异常检测，如果s2/s1>t1，或者fd/favg>t2，就判定出现了异常，进行报警。

针对现有技术的需求，本发明经过分析研究在位置形状绕度的测试中的诸多因素，提出了一种对液晶屏产生指定位置形状绕度的程控装置及其控制方法，取代以往的人工操作检测，针对以往液晶屏检测中从未有过相应的折弯设备这一现状，实现质的改进。本发明并非单纯将工业机器人代替人的手动操作，还考虑了针对液晶屏这一特殊操作对象的操作需求，以及精确重复不同位置、不同形状、不同大小的绕度的检测需求，提出了一套可自动化流水检测的方案，本发明可以用于研究amoled样品的性能分析，提出了一种可以自动重复产生大范围内的指定位置、形状、绕度、速度的运动，用于自动检测和分析对整体amoled寿命影响参数的智能设备，节约了测试的时间，可以重复产生精确的相同位置、相同形状、相同曲度、相同速度的动作，从而实现统计上要求。

附图说明

图1是本发明实施例的机械结构示意图。

图2是本发明实施例的电路结构示意图。

图3是本发明实施例的三个典型折弯模具的示意图。

图4是本发明实施例的折弯动作中各个点和轨迹的示意图。

图5是本发明实施例的装置工作流程图。

具体实施方式

以下将结合附图图1、图2、图3、图4、图5，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明基于现有的机器人、人工智能、电子技术，提出了一款用于研究amoled样品，重复产生大范围内的指定位置、形状、绕度的运动，用于自动检测和分析对整体amoled寿命影响参数的智能设备。

本发明主要包括有硬件部分和控制部分两个组成部分。

本发明装置包括控制器、定位平台、折弯机器人、折弯模具和折弯模具定位装置台，定位平台为所述程控装置的操作平台，折弯机器人及折弯模具定位装置台设置在定位平台上，折弯机器人包括2台机器人机械臂，控制器用于根据的配置折弯机器人及折弯模具定位装置台的空间位置，发出控制信号，控制折弯机器人动作，折弯机器人用于抓取液晶屏待测样品及折弯模具，并根据控制信号将抓取物件配置到指定位置。定位平台上还设有液晶屏待测样品备料台和模具备料台，液晶屏待测样品备料台用于放置液晶屏待测样品，模具备料台用于放置折弯模具。定位平台上还设有压平平台，用于将折弯后的液晶屏待测样品压平复原。所述程控制装置还设有紧急按钮，用于直接切断程控装置电源。控制器连接有声光提示单元。

如图1所示，为本发明的一个具体实施例，包括电脑1、定位平台2、样品备料台3、折弯模具备料台4、折弯机器人5、折弯模具6、折弯模具定位装置台7、压平平台8、气泵9、紧急按钮10、声光提示单元11和压力传感器12。下面具体说明本发明装置的各个结构。

电脑即控制器，用于控制折弯机器人、折弯模具、模具定位装置和压平平台的运动。包括控制折弯模具定位装置台运动到指定位置；控制折弯机器人在折弯模具备料台取得折弯模具，安装到模具定位装置台上；控制折弯机器人完成在备料台中取amoled样品；控制折弯机器人和折弯模具完成指定位置、形状、绕度的运动；控制折弯机器人和压平平台完成压平任务；完成所有任务后，通过声光提示单元提示操作者完成任务。本实施例中，电脑采用的是品牌是tp-ipc、型号是ipc-t1520p的工业电脑。

定位平台为本发明工作的主要平台，放置了样品备料台、折弯模具备料台、折弯机器人、折弯模具、折弯模具定位装置台、压平平台等内容，其特点为采用预先精确定位打孔的操作台，可以把样品备料台、折弯模具备料台、折弯机器人、折弯模具、折弯模具定位装置台、压平平台得到指定位置。本实施例中，采用的是高精度光学平板，铝合金，厚度20mm，长宽3000*2000mm，台面阵列25mm*25mm孔距、放置标准6m螺孔。

样品备料台为放置同一批类型产品多个amoled样品的装置，它固定在定位平台预先设置的位置上，内部的多个amoled样品排列有序，这样，每个amoled样品在定位平台上的位置精确已知，以便于折弯机器人抓取。本实施例中为插槽式设计，每个样品垂直放置为一排，间距为50mm，适合夹手夹取。

折弯模具备料台为放置多种折弯模具的装置，它固定在定位平台预先设置的位置上，内部的多种折弯模具排列有序，这样，每多种折弯模具在定位平台上的位置精确已知。本实施例中为插槽式设计，每个折弯模具垂直放置为一排，间距为50mm，适合夹手夹取。

折弯机器人为完成整个装置任务的执行器，是两个执行器为气动夹手、多自由度的机械臂。它们的操作包括：从样品备料台上依次抓取amoled样品；从折弯模具备料台抓取折弯模具；把折弯模具安装到折弯模具定位装置台；与折弯模具定位装置台一起完成指定位置、形状、绕度的运动；与压平平台完成对amoled样品的压平运动；把完成测试任务的amoled样品放回到样品备料台指定位置；把折弯模具从折弯模具定位装置台卸下；把折弯模具放置在指定的折弯模具备料台位置上。本实施例中，折弯机器人为两台abb机器人公司的rb120型机器人，执行器为1kg的气动夹手，气动夹手上放置有海绵，用于避免夹取样品时硬接触，保护样品。

压力传感器设置在折弯机器人的夹手上，用于检测液晶屏在折弯时产生的压力值，本实施例中，采用的是flexiforce的fsr402的压力传感器。

折弯模具使用时，安装在折弯模具定位装置台上，到达指定位置后，与折弯机器人一起完成对amoled样品的指定位置、形状、绕度的运动。如图3所示，它有多种形状，主要包括有顶针、顶棍、顶面等几种，从而与折弯机器人完成指定形状、指定角度的运动。

折弯模具定位装置台为使用时固定折弯模具的装置，本实施例中为一个三直角坐标机器平台，平台上设有折弯模具的安装基座，安装基座首先在电脑的控制下，通过三角直角坐标平台运动到定位平台的指定空间位置，然后折弯机器人把折弯模具安装在安装基座上，最后在完成位置、形状、绕度的运动时，协助折弯机器人完成任务。本实施例中，该三直角坐标机器平台采用的是飞万公司kr60的滑台，从基座标往执行器的三个直线模组范围依次为：500mm*100mm，电机依次为57、57、42直流电机，驱动器为派远科技的机器人控制器。

压平平台为可选装置，它是为了快速恢复amoled样品的平面结构，采用的一种直接压平的模具。在折弯机器人把刚刚折弯的amoled样品送到其工作区域后，快速上下压平。如图1所示，本实施例中，该平台为一自由度直线模组加上两个平面构成，其中一个平面固定在直线模组上，另外一个平面固定在定位平台上，把待检测的amoled样品放置在固定在定位平台上的平面后，直线模组带动另外一个平面往下运动，压平样品即可。本实施例中，直线模组采用的是飞万公司kr60的滑台，运动范围为100mm，采用的是42直流电机，驱动器与折弯模具定位装置台复用，两个平面为铝合金制作，长宽厚为100mm*100mm*5mm，向着样品的面粘有厚度为10mm的海绵，从而保护amoled样品的面。

气泵为给折弯机器人的夹手提供动力，本实施例中采用的是outstanding的750w-30l气泵空压机。

紧急按钮为在可见异常时，操作人员手动紧急关闭装置使用；本实施例中采用的是np2-bs542正泰急停按钮开关。

声光提示单元为系统完成所有任务后，提示操作者完成任务。本实施例中采用的是正启公司lta-205多层式警示灯声光报警器，24v供电，3色光提示。

本发明装置的控制部分包括有预设数据与空间坐标信息转换、执行器抓取样品备料台中样品动作规划、指定角度的折弯动作双机器人运动规划、指定动作的恢复等主要步骤。

预设数据与空间坐标信息转换步骤的作用是把人工提前输入的信息与计算机数学空间数据进行转换。其具体工作内容主要有两个：

一是定位平台为本发明工作的主要平台，是采用预先精确定位打孔的操作台。本发明的各个硬件模块均通过螺母螺栓固定安置于上，在使用前，操作人员需要人工提前输入这些硬件模块的安置的x、y方向的位置编号其中和ynmax是这个操作台x和y方向孔的数目，中xn是编号信息，t是时刻，s是具体硬件模块的编号。这些编号需要被转化为具体的机器人空间位置，其方法为：

其中，x是连续量，是空间位置信息。grid是操作台在定制的时候，相邻两个孔之间的物理距离。xa和ya是用于修正的值，正常情况下为0。本发明中，x轴、y轴、z轴的原点均为操作人面向操作台正常工作时，左上角第一个孔。x轴方向为从左向右。y轴方向为从远到近。z轴方向为从下到上。这个最初的坐标系标为ξb。

本发明实施例中，定位平台为3000*2000mm，台面阵列25mm*25mm孔距，即grid为25mm，xnmax为120，ynmax为80。

二是执行器抓取样品备料台中样品动作规划为计算抓取样品备料台中样品的功能。根据预设的样品备料台的位置样品的长度(sl)、宽度(sw)、厚度(sh)、正在抓取的样品的编号(snum)、样品备料台的样品之间的间距(sd)、执行器(机器人上机械爪)的接触面的宽度(zw)，接触面上海绵的厚度(hh)，来计算样品备料台中抓取样品(xt^(3,snum,1),yt^(3,snum,1),zt^(3,snum,1))的位置、以及抓取动作的力控制的步骤。其中，x、y、z代表是x轴、y轴、z轴。(3,snum,1)中3代表的是样品类，snum代表的是样品的编号，1代表的是第一个执行器抓取的位置。

本发明实施例中，样品的长度(sl)为151.8mm、宽度(sw)为75.4mm、厚度(sh)为2mm、正在抓取的样品的编号(snum)最多放10个、样品备料台的样品之间的间距(sd)为50mm、执行器(机器人上机械爪)的接触面的宽度(zw)为10mm*10mm，接触面上海绵的厚度(hh)为3mm。

本发明中，样品沿x轴垂直平行放置在样品备料台上，在样品备料台上其长度(sl)为z轴方向，样品之间的间距为x轴上的sd，y轴方向为其宽度(sw)。

样品抓取接触点的计算过程如下：

zt^(3,snum,1)＝sl-0.5*zw

在抓取动作上，执行器的姿态ξt^(3,snum,1)为x方向与操作台x方向相同，y方向与操作台y方向相同，z方向为与操作台方向相反。力的控制上，夹手在夹取时，在x轴方向上，预留接触面上海绵的厚度的一半，即hh/2。

执行器抓取样品备料台中样品动作规划如下：

动作1：执行器运动到(xt^(3,snum,1),yt^(3,snum,1),zt^(3,snum,1))上方一个zw处，即(xt^(3,snum,1),yt^(3,snum,1),zt^(3,snum,1)+zw)。同时，执行器的姿态ξzt^(3,snum,1)为x方向与操作台x方向相同，y方向与操作台y方向相同，z方向为与操作台方向相反。

动作2：执行器张开执行器夹手，即在x轴方向张开夹手，张开距离为sd/2。

动作3：执行器从(xt^(3,snum,1),yt^(3,snum,1),zt^(3,snum,1)+zw)移动到(xt^(3,snum,1),yt^(3,snum,1),zt^(3,snum,1))，保持ξt^(3,snum,1)不变。

动作4：合拢执行器夹手，即在x轴方向合拢夹手，最终张开距离为即sh+hh/2，即样品厚度加上接触面上一半海绵厚度，这样就可以夹取样品。

动作5：执行器从(xt^(3,snum,1),yt^(3,snum,1),zt^(3,snum,1))移动到(xt^(3,snum,1),yt^(3,snum,1),zt^(3,snum,1)+2*sl)，保持ξt^(3,snum,1)不变。即从样品备料台中抽取样品，至大概2个样品长度的高度。

控制部分还包括指定角度的折弯动作，即将双机器人运动规划为执行对样品执行指定角度折弯动作的规划。该部分首先把通过一个折弯机器人把待测样品移动到折弯模具定位装置台上的折弯模具附近，改变姿态为把样品平行于折弯模具状态，对准指定位置，移动第二个机器人的执行器，抓取样品的另一端。然后把样品与折弯模具接触。然后计算出两个机器人的执行器的弧形运动轨迹，再用插值法插出其中的点，从而控制整体变形时产生的力度和速度，防止用力过猛。

其中，折弯机器人的动作控制如前所示，下面介绍“计算出两个机器人的执行器的弧形运动轨迹，用插值法执行折弯动作路径”的部分内容。

图4是本发明实施例的折弯动作中各个点和轨迹的示意图，如图4所示，该算法的原理为在x轴和z轴构成的平面上，构成以折弯模具的中心为圆心，以(sl-0.5*zw)为半径的圆，圆心与2个机器人执行器的最终点的两个连线之间的夹角为指定的角度θ。该圆的左半边，从圆的中心水平线跟圆左半边边界的交叉点la，沿圆边界到最终点lb的曲线，为1号机器人执行器的工作路径traj1。从圆的中心水平线跟圆右半边边界的交叉点ra，沿圆边界到最终点rb的曲线，为2号机器人执行器的工作路径traj2。在路径上，要保持机器人执行器的姿态为1号机器人执行器的z轴正方向指向原点，保持1号机器人执行器的z轴反方向指向圆心，这样才能保证执行器(机器人上机械爪)的接触面与样品间只存在切向的压力，而非横向的摩擦力。

具体步骤如下：

动作1.把双机器人执行器抓取的样品，平行于折弯模具状态，对准指定位置，此刻1号机器人执行器的坐标为(xt^(4,1),yt^(4,1),zt^(4,1))，姿态为ξzt^(4,1)；2号机器人执行器的坐标为(xt^(4,2),yt^(4,2),zt^(4,2))，姿态为ξzt^(4,2)；其中，(4，1)中4代表的是执行器1应有的位置，1代表的是1号执行器；(4，2)中4代表的是执行器2应有的位置，2代表的是2号执行器；t代表时刻；ξzt^(4,1)中ξz代表的是执行器坐标系中x轴、y轴、z轴的方向，其表达为一个变换矩阵rbz(4,1)、rbz(4,2)：

ξb＝rbz(4,1)*ξzt^(4,1)

ξb＝rbz(4,2)*ξzt^(4,2)

动作2.计算齐次变化矩阵。直接设为围绕y轴的旋转，用插值法插出其中的点，从而控制整体变形时产生的力度，防止用力过猛，插值的个数为n，其全部旋转角度为(180-θ)/2，左边的机器人执行器为逆向，即-(180-θ)/2，右边的机器人执行器为正向，即(180-θ)/2。每一次旋转角度为(180-θ)/(2*n)。然后等待时间twait，从而通过细分操作，控制整体变形时产生的力度，防止用力过猛。

设即每次运动时

右边的2号机器人执行器为正方向，其变化矩阵为：

左边的1号机器人执行器为逆方向，其变化矩阵为：

本发明实施例中，θ为任务需要，n被设置为与θ相关，使得最终的θstep＝1，即1度。twait被设置为0.5秒，这个速度能够连续缓慢折弯。

图4是本发明实施例的折弯动作中各个点和轨迹的示意图，如图4所示，指定动作的恢复等主要步骤为反方向沿原有轨迹traj1从lb点到la点，从traj2从rb点到ra点的过程。这个运动的作用是，把样品恢复为原来的状态。

其过程与折弯操作正好相反。内容同样为n插值，每一次旋转角度为(180-θ)/(2*n)。然后等待时间twait，从而通过细分操作，控制整体变形时产生的力度，防止用力过猛。

左边的1号机器人执行器为正方向，其变化矩阵为：

右边的2号机器人执行器为逆方向，其变化矩阵为：

这样，通过折弯、恢复的动作，可以实现对样品指定绕度的反复折弯，还能够利用等待时间twait，从而通过细分操作，控制整体变形时产生的力度和速度，防止用力过猛。

本发明还提出了上述的对液晶屏产生指定位置形状绕度的程控装置的异常检测方法，使用位于折弯机器人夹手上的压力传感器上数据信息，进行从压力部分进行的异常检测，包括以下步骤：

a)对于液晶屏待测样品产生断裂的折弯操作，通过压力传感器获取折弯机器人每段运动插值轨迹的中的压力fs1…fsn，统计出这些压力值的方差s1；统计中观测是样品否有断裂，一旦产生断裂则停止统计；

b)对于液晶屏待测样品未产生断裂的折弯操作，统计出每次完整运动时的压力f1…fn，计算出这些压力值的方差s2，以及这些压力的最大最小值之间的差fd，得到平均值favg；

c)设定断裂阈值t1和压力阈值t2，用于对后续样品折弯操作的异常检测，如果s2/s1>t1，或者fd/favg>t2，就判定出现了异常，进行报警。

本发明实施例中，t1被设置为2，t2被设置为1.5。这些值在使用时，可以被用户改变，以改变报警灵敏度。

本发明一种对液晶屏样品产生指定位置形状绕度的程控装置，其指定amoled样品测试动作的位置来源于折弯模具定位装置台的运动，把折弯模具运动到指定的位置。其指定的amoled样品测试动作的形状来源于折弯模具的形状，当折弯机器人把amoled样品往下运动，amoled样品下方的折弯模具不动或者往上运动时，就产生了指定的折弯动作，以及折弯的形状。其指定amoled测试动作的角度来源于折弯机器人和折弯模具的共同运动，当折弯机器人越往下方弧线运动行程越大，其角度就越大。

如图5所示，本发明的工作流程如下：

步骤1.操作人员通过电脑设定好操作参数，确认好样品备料台、折弯模具备料台、折弯机器人、折弯模具、折弯模具定位装置台、压平平台等状态；手动打开气泵；

步骤2.系统自恢复到指定默认位置，完成校准；

步骤3.控制折弯模具定位装置台运动到指定位置；

步骤4.控制折弯机器人在折弯模具备料台取得折弯模具，安装到模具定位装置台上；

步骤5.控制折弯机器人完成在备料台中取amoled样品；

步骤6.控制折弯机器人和折弯模具完成指定位置、形状、绕度的运动；

步骤7.控制折弯机器人和压平平台完成压平任务(可选)。

步骤8.如果任务结束，那么通过声光提示单元，发出提示，结束任务；如果任务没有结束，那么到步骤3，继续工作，直至完成；

通过以上技术方案，可以实现用于研究amoled样品、可以重复产生大范围内的指定位置、形状、绕度的运动，用于自动检测和分析对整体amoled寿命影响参数的智能设备。节约了工作人员的时间，本发明可以重复产生精确的相同位置、相同形状、相同曲度、相同速度的动作，从而实现统计上要求。