Optischer Test von LC-Displays an Steuergeräten. Dr. Jörg Schambach GÖPEL electronic GmbH

Transkript

1 Optischer Test von LC-Displays an Steuergeräten Dr. Jörg Schambach GÖPEL electronic GmbH

2 Agenda Einsatz der Bildverarbeitung Aufbau eines Bildverarbeitungssystems Konzepte zur Displaykontrolle Projektbeispiele Zusammenfassung 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 2

3 Einsatz der Bildverarbeitung Produkt- und Baugruppenentwicklung Messtechnischer Nachweis definierter Eigenschaften Automatisierung komplexer Software- und Funktionstests interaktiver Baugruppen (Kontrolle der Displayanzeige zum Nachweis der Funktion) Qualitätssicherung im Produktionsprozess Messtechnische Erfassung von Prüflingseigenschaften 100-Prozent-Kontrolle Traceability 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 3

4 Einsatz der Bildverarbeitung Visuelle oder optische Prüfung bei Produktentwicklung? optische Prüfung ermöglicht messtechnische Erfassung von Displayparametern optische Prüfung ermöglicht dynamische Tests Automatisierte Funktions- und Softwaretests: manuelle und halbmanuelle Tests erfordern Anwesenheit eines Prüfers während des gesamten Testdurchlaufs durch eintönige Wiederholung bestimmter Tests sehr anfällig für Fehler Reproduzierbarkeit der Tests bei manuellen Tests nur bedingt gewährleistet 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 4

5 Einsatz der Bildverarbeitung Visuelle oder optische Prüfung im Produktionsprozess? statt statistischer Überwachung 100-Prozent-Kontrolle möglich (Qualitätsfähigkeitskennzahlen) im Vergleich zur visuellen Prüfung Erhöhung der Prüfsicherheit (keine Ermüdung, keine optische Täuschung) 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 5

6 Einsatz der Bildverarbeitung Visuelle oder automatische optische Prüfung? parallele Linien? Trapez? 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 6

7 Einsatz der Bildverarbeitung Visuelle oder automatische optische Prüfung im Produktionsprozess? statt statistischer Überwachung 100-Prozent-Kontrolle möglich (Qualitätsfähigkeitskennzahlen) im Vergleich zur visuellen Prüfung Erhöhung der Prüfsicherheit (keine Ermüdung, keine optische Täuschung) Visuelle Bestimmung dynamischer Testparameter? Automatisierung von Produktionsprozessen 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 7

8 Einsatz der Bildverarbeitung Wann ist der Einsatz der Bildverarbeitung sinnvoll? messtechnische Erfassung von Displayparametern erforderlich häufige Wiederholung der Prüfung - verschiedene SW-Stände (Funktionstests im Entwicklungsprozess); - hohe Taktrate (Produktionsprozess) Prüfmerkmale müssen eindeutig beschreibbar sein 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 8

9 Aufbau eines BV-Systems Beleuchtung Optik Kamera Auswerteelektronik / Auswerteprogramm Schnittstellen Mechanik 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 9

10 Aufbau eines BV-Systems 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 10

11 Aufbau eines BV-Systems Basisalgorithmen von Bildverarbeitungssystemen für die Displaykontrolle Helligkeitsanalyse / Grauwertmessung / Histogramm Korrelation / Pattern-Matching / Pixel-zu-Pixel Vergleich Objekterkennung (Neuronale Netze) Farberkennung Basisalgorithmen werden in komplexe Prüffunktionen integriert! 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 11

12 Aufbau eines BV-Systems Basisalgorithmen von Bildverarbeitungssystemen für die Displaykontrolle Anwesenheitskontrolle Klarschrifterkennung (OCR) Helligkeits-, Kontrast- und Farbprüfung Objektvergleich Vermessung Positionskorrektur 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 12

13 Aufbau eines BV-Systems Softwarekomponenten der TOM - Systeme "Anlern-Modul zum Erstellen von Prüfabläufen Programm zur Definition von Prüfbereichen per Maus innerhalb des Videobildes Enthält Funktionen für Prüfaufgaben, zur Systemsteuerung und Kommunikation Ablage des Prüfablaufs unter frei definierbarem Namen "Laufzeit-Modul zur autom. Abarbeitung von Prüfabläufen Ausführung des Prüfprogramms und Bereitstellung der Ergebnisse Fernbedienung des Systems über RS232, DDE, Pipes oder potentialfreie Ein-/ Ausgänge Teach-Module zum Anlernen von Objekten, Schriftarten, Farben usw. Anlernen von Schriftarten, Objekten, Farben usw. Lernvorgang erfolgt anhand von aufgenommenen Bildern 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 13

14 Aufbau eines BV-Systems TOM Lern-Modul User-Interface Funktionsbibliothek Videobild Prüfablauf 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 14

15 Aufbau eines BV-Systems TOM Software-Familie TOM Comfort Line: Das Basis-System ist für die Prüfung ruhender Objekte konzipiert und arbeitet mit s/w- Kameras. TOM Color Line: In dieser Variante werden Farbkameras und entsprechende Bildverarbeitungsfunktionen unterstützt. TOM Flash Line: Mit dem TOM Flash Line System können Eigenschaften bewegter Objekte geprüft werden. TOM Automotive Line: TOM Automotive-Line Systeme sind für die optische Prüfung von Kobiinstrumenten und Infotainment-Komponenten konzipiert. 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 15

16 Konzepte zur Displaykontrolle Displaytypen Segment-Anzeige (mit / ohne Hintergrundbeleuchtung) Dot Matrix-Anzeige (mit / ohne Hintergrundbeleuchtung) 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 16

17 Konzepte zur Displaykontrolle Displaytypen TFT Display (Dot Matrix) OLED Display (Dot Matrix) 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 17

18 Konzepte zur Displaykontrolle Ziel der Prüfung 1. Prüfung der korrekten Kontaktierung des Displays (interne Display- Funktionalität und Eigenschaften bereits nachgewiesen) 2. Prüfung interner Displayeigenschaften (z.b. Kontrast; ausgefallene Pixel) 3. komplexer Software- und Funktionstests interaktiver Baugruppen mit Displayanzeige hier nicht weiter betrachtet Unterschiedliche Prüfstrategien und Prüfinhalte sind erforderlich! Im Folgenden wird die Prüfung von TFT-Displays betrachtet. 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 18

19 Konzepte zur Displaykontrolle Prüfung der korrekten Kontaktierung des Displays (Qualitätssicherung im Produktionsprozess) Prüfung definierter großflächiger Testmuster keine pixelweise Prüfung prinzipielle Funktion wird gewährleistet (z.b. Farbbitansteuerung) 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 19

20 Konzepte zur Displaykontrolle Prüfung interner Displayeigenschaften (Produkt- und Baugruppenentwicklung; Qualitätssicherung im Produktionsprozess) Prüfkriterien: Helligkeit (Leuchtdichte 0,1 cd/m cd/m 2!) Kontrast Farbbewertung (z.b. CIE-XYZ) flächenhafte Auswertung Spalten- und Zeilenausfall Pixelfehler (Ausfall bzw. Performance) pixelgenaue Auswertung 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 20

21 Konzepte zur Displaykontrolle Prüfung interner Displayeigenschaften / flächenhafte Kriterien Helligkeit: Einzelbilder / Graustufen je nach Spezifikation Leuchtdichten 0,1 cd/m cd/m 2! Problem: normale industrielle Kameras nur bedingt zur Bewertung geeignet - sehr lange Integrationszeiten für kleine Leuchtdichten - Stabilität / Reproduzierbarkeit ausreichend? - Kalibrierung auf lichttechnische Größen erforderlich 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 21

22 Konzepte zur Displaykontrolle Prüfung interner Displayeigenschaften / flächenhafte Kriterien Farbbewertung: Einzelbilder / Farbverläufe je nach Spezifikation verschiedene Farbräume 1. Farbvergleich: industrielles Kameras unmittelbar einsetzbar entsprechende Masterprüflinge müssen zur Verfügung stehen 2. Farbmessung: Kalibrierung der Kamera notwendig aber: spektrale Fertigungstoleranzen; nichtlineare Übertragungskennlinien 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 22

23 Konzepte zur Displaykontrolle Prüfung interner Displayeigenschaften / flächenhafte Kriterien Fazit: In Abhängigkeit von der Spezifikation der Prüfaufgabe ist gegebenenfalls eine Kombination mit weiterer Messtechnik erforderlich. Leuchtdichte- und Farbmesskameras Helligkeits- und Farbanalysatoren 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 23

24 Konzepte zur Displaykontrolle Prüfung interner Displayeigenschaften / pixelgenaue Auswertung Auflösung einzelner Subpixel des Displays erforderlich typische Pixelabmessungen 180 µm x 180 µm Subpixel ca. 60 µm x 180 µm erforderliche optische Auflösung: 20 µm! aber Displaygrößen bis 1000 x 500 Pixel Field of View mit 3000 x 1500 Pixel 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 24

25 Konzepte zur Displaykontrolle Prüfung interner Displayeigenschaften / pixelgenaue Auswertung hochauflösende Kameras erforderlich: aber Framerate niedrig Beispiel: DALSA Pantera 11M4: 11 Mio. Pixel max. 4,4 Bilder/s aber nur als s/w-kamera verfügbar Color-Kamera: AVT OSCAR F-810C: 8,1 Mio. Pixel aber: 1 CCD-Farbkamera mit Bayer -Filter Interpolation der Farbwerte 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 25

26 Konzepte zur Displaykontrolle Prüfung interner Displayeigenschaften / pixelgenaue Auswertung Einsatz 1 CCD-Farbkamera theoretisch noch höhere Auflösung erforderlich Alternative: Prüfung erfolgt mit s/w Kamera Ansteuerung einzelner Sub-Pixel-Bilder und getrennte Auswertung Ergebnis: Helligkeitswert für jeden einzelnen Subpixel mit optimaler Reproduzierbarkeit 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 26

27 Projektbeispiele Dauerlauf-Prüfstand für Autoradios und Navigationssysteme Projekt: BOSCH - Blaupunkt (D) Prüfaufgaben: Test unter Klimaveränderungen Vibrationsanregung Betätigung von Gerätetasten, Drehbewegung von Bedienelementen Display-Kontrolle kontinuierliche akustische Signalüberwachung 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 27

28 Projektbeispiele Prüfsystem zur Inspektion von LC- Displays von Telefonen Prüfaufgaben: Kontrastauswertung Helligkeitsauswertung Farbauswertung 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 28

29 Zusammenfassung Aus der steigenden Anzahl von LC-Displays in Steuergeräten resultiert ein steigender Bedarf an Display Testsystemen. Trend zu größeren Displays mit höherer Auflösung ist zu verzeichnen. Konkrete Testspezifikationen geben die Konfiguration des Prüfsystems vor. Neue Feature (z.b. Dual View Displays) bzw. neue Arten von Display (z.b. OLED) erfordern angepasste Prüfkonzepte. Flexible und anpassbare Systeme erforderlich. 12/8/2007 Automotive Days 2007 No. 29

30 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Für Fragen und Details stehe ich Ihnen gerne zur Verfügung Dr. Jörg Schambach Projekt-Manager Digitale Bildverarbeitung Tel.: Fax: