計量典型案例81：計量助力非接觸式掃描3D
曲面玻璃自動量測系統
- 發布時間：2020-09-08 15:32???? 信息來源：計量司
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宸鴻科技（廈門）有限公司是宸鴻集團旗下子公司，中國企業專利500強企業，是全球技術領先透明玻璃投射電容技術之領導制造商。主要從事觸控平板顯示模組的材料開發技術、制程技術、模組化設計，成功打造業界資源最全、量產最大和良率最高的觸控產業基地；產品廣泛應用于智能穿戴式設備、數碼相機、車載設備、航空機載設備、航海用設備、計算機、以及大尺寸商用平臺等領域。
宸鴻科技（廈門）有限公司是廈門市打造觸控平板顯示產業鏈的龍頭企業之一，連續多年被評為廈門百強企業，制造業十強企業及廈門市先進單位。為實現可持續發展，不惜巨資建設廈門技術研發中心和重點實驗室，截至目前，在全球累積獲得專利3351件，其中發明專利2535件,實用新型專利600多件，美歐日韓等國外專利授權量達1200多件。
一、背景情況
隨著科技進步，人們對品質的追求日漸完美，為達到美觀大方的外觀，快速吸引消費者眼球，各種一體成型的智能設備不斷面世，為因應市場需求，2017年宸鴻科技（廈門）有限公司推出“3D一體成形曲面玻璃蓋板”這項新技術，同年導入車載曲面屏幕研發項目，在制程管控上遇到最大的瓶頸是：現有設備對曲面屏外形輪廓方面量測不夠準確，如長度、翹曲高度、平面度、線輪廓度、面輪廓度，甚至部分參數無法測量，如：截面分析、曲面比較、整體最佳擬合度。目前業界包括宸鴻科技（廈門）有限公司主要使用的量測設備有：CMM三坐標測量儀、形狀輪廓測量儀、2.5D等，這些設備一次只能量測單面，且量測效率低，在量測面、形的準確性及重復性差。因此，迫切需要開發測量技術，以實現“快速、準確量測3D曲面玻璃的外形輪廓參數”以滿足制程管控需求，最終拿下車載訂單。
二、技術措施
1.傳統的輪廓尺寸測量原理
基于3D曲面玻璃蓋板外形特性，及不破壞外表涂層的原則，目前我司優先選擇非接觸式輪廓量測的方式。經統計了解傳統設備量測原理為：采用點對點或線對線掃描的方式，依據被測件的外形復雜情況決定需取幾個點或線，再對多個點或多條線擬合形成被測件的一個面，最后通過這些點或線的距離計算得出輪廓尺寸。因此，若采用傳統量測方式，想得到曲面玻璃蓋板全參數的準確數據，至少需要取上萬個測量點，完成單片30分鐘以上，相當費時費力！
2.技術研究
經過評估比對發現一款非接觸式掃描量測儀最接近我司的測量需求，但是仍有部分參數無法量測，同時測量重復性較差，無法滿足±5μm技術要求。因此我們與設備廠商技術開發人員進行深入探討，綜合宸鴻科技（廈門）有限公司制程能力及產品特性進行分析，發現影響測量重復性的可控因素主要有如下幾個方面：
①安裝三維光學掃描鏡頭，實現非接觸、全局三維掃描；
②導入工業立體攝相機，提高相素；
③優化影像處理系統，增加CAD與實際工件的擬合功能；
④導入藍光技術，提高測量精度；
⑤具有高精度的軟件分析系統，針對全局三維網格可實現全尺寸檢測；
⑥控制在線監測影響精度的相關變量，如振動、照明、測頭的校準狀況。
經過廠商無數次升級改良，及現場實驗，該設備最終實現我司需所有參數的“，并且重復性精度達到±5μm技術要求，滿足我司3D曲面玻璃的外形輪廓的需求。
3.新計量技術導入
非接觸式掃描3D曲面玻璃自動量測系統，具有“面形掃描、一次可量測雙面”的功能，其測量原理如下：它由左右兩個高分辨率的工業CCD相機和中央光柵投影單元組成，根據三重掃描原理，投影頭結合兩個相機，實施相關操作。測量過程中，由光柵投影單元將一組具有相位信息的光柵投影條紋投影到測量工件的表面，左右兩個相機進行同步的測量，利用立體相機測量原理，可以在1秒時間內準確獲得500萬到800萬個高密度的三維數據點；具有自動識別參考點和自動拼接技術，將不同位置和角度的測量數據對齊在統一的坐標系，獲得完整零件的掃描結果。利用高精度的軟件完成與CAD數據的偏差色彩對比分析，截面分析，以及創建點線面，截面完成各種尺寸，GD&T形位公差的分析等，并輸出完整的檢測報告。該設備于2018年5月經校準合格，已投入宸鴻科技（廈門）有限公司使用。目前使用狀況穩定，重復性精度維持在±5μm以內，量測效率至少提高3倍以上。
圖1 非接觸式掃描3D玻璃曲面自動量測系統
三、具體成效
宸鴻科技（廈門）有限公司導入非接觸式掃描3D玻璃曲面計量量測技術后，不僅解決了3D曲面輪廓尺寸量測難題，同時實現圖文化，大大減少內部成本。該技術攻關使我司在“3D曲面玻璃的外形輪廓量測技術”又上新臺階，同時提升了我司在觸控面板制造商中的競爭力并已成為歐系和美系車載觸控屏的主要供貨商，如：寶馬、奔馳、馬牌、特斯拉等。同時為宸鴻科技（廈門）有限公司持續在投射電容觸控技術、產能與產量之保持全球領先地位，打下堅實的基礎。
四、感受體會
通過本次開發設備新技術之案例，深刻感受到“科技要發展、計量須先行”的重要性：隨著科技發展，新技術新制程不斷因應而生，計量器具必須同步更新。設備廠商必須與企業需求保持密切串聯，方能跟上科技發展腳步，保證儀器精度時刻滿足企業需求。為此宸鴻科技（廈門）有限公司于2018年加入“中國計量測試學會顯示產業計量測試聯盟”其中包含：顯示行業的企業、設備廠商，未來將朝著“政產學研用”協同創新的方向，加速關鍵核心技術的研發效率，加速科技成果轉化，為實現《中國制造2025》戰略目標，推進中國制造業由大變強的轉型升級，努力做出宸鴻科技（廈門）有限公司應有的貢獻。