Automaattisen testerin kehitys tablettitietokoneiden näyttöjen tuotannontestaukseen

Abstract

Elektronisen laitteen valmistus on monivaiheinen prosessi, jossa virheitä voi tulla monessa eri vaiheessa. Laadun varmistamiseksi laitteita testataan useassa eri vaiheessa valmistuksen aikana. Yksi tärkeä testattava ominaisuus on tabletin näyttö, jolle suoritetaan kasauksen loppuvaiheessa visuaalinen tarkistus vikojen ja laadullisten ongelmien havaitsemiseksi. Tablettien näyttöjen resoluutio on suuri ja osa näytöissä esiintyvistä vioista on hyvin pienikokoisia tai muuten vaikeasti havaittavia. Lisäksi visuaaliseen tarkistukseen tuotannossa käytettävissä oleva aika on rajallinen. Ihmisvoimin suoritettuna tarkistustyö on yksitoikkoista ja vaatii suurta tarkkuutta sekä hyvää keskittymistä, jolloin virheitä tulee helposti. Silmämääräisesti suoritettuna tarkistuksen laatu vaihtelee suuresti eri testaajien välillä ja samakin testaaja voi tulla samasta viasta erilaiseen lopputulokseen eri aikana.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi tässä työssä kehitettiin automaattinen konenäköön perustuva testiasema, jossa tablettitietokoneen näyttö kuvataan kameralla käyttäen erilaisia testikuvia ja kuvat analysoidaan tietokoneella. Testioperaattorille esitetään tarkistuksen tulokset ja mahdollisesti löydettyjen vikojen sijainnit. Jokaisesta testatusta laitteesta tallennetaan raportti tuotannontestauksen tietokantaan.

Testijärjestelmään kehitettiin testit, joilla voidaan havaita mm. näytön luminanssin epätasaisuuksia, epäpuhtauksia näyttöpaneelin välikerroksissa, toimimattomia alueita, viivavikoja, kirkkaita tai tummia pisteitä, matalan kontrastin vikoja ja naarmuja näytön pinnassa. Työssä kehitettiin testiasemalle ohjelmisto, joka sisältää analyysit näiden vikojen paikantamiseksi. Lisäksi kehitettiin testisekvensseri, jonka kautta testausta ohjataan, tuloksia kerätään ja testien etenemistä voidaan seurata. Ohjelmistoon kehitettiin myös moduulit testattavan laitteen ohjaamiseksi, tuloksien esittämiseksi testioperaattorille ja tuloksien raportoimiseksi tuotannontestauksen tietokantaan. Työn loppuvaiheessa esitetään järjestelmän toiminnan verifiointi piirretyin vikakuvin ja lisäksi tehtaalla tuotannossa noin viidellä sadalla testatulla laitteella. Alustavien kokemuksien perusteella testiaseman toteutus onnistui hyvin ja asetetut tavoitteet saavutettiin.

Manufacturing of an electronic device is a process with multiple steps where errors can occur at many places. To ensure the quality of the finished product, the devices are tested at many different phases throughout the production process. Display is one of the key parts for which a visual inspection is done also at the end of the assembly process to detect different types of defects. Modern tablet computers have a high-resolution display. Many of the defects are small or low in contrast and thus difficult to detect by naked eye. The time available for visual inspection in production is limited and locating the small faults requires a lot of attention making it easy to miss a defect. For these reasons visual inspection of displays made by human operators has high variance in the quality of the inspection. The inspection results may vary greatly between different inspectors and the conclusions of the same operator may be different at different times.

As a solution to this problem, an automatic visual inspection system was developed in this thesis. In the automatic system the display of the tablet is photographed with a camera using different test pictures and the pictures are analyzed with a computer. The results of the inspection and the locations of the possible faults are presented to the test operator. A report of each test run is stored in the production testing database.

In this work the software for the automatic inspection system was developed. Tests were developed for locating different types of defects such as luminance nonuniformity, impurities between different layers of the display assembly, nonfunctional areas, line faults, bright or dark spots, low contrast faults and scratches at the display surface. A test sequencer was developed to control of the testing, collecting results, and visualizing the testing progress to the test operator. Software modules were also developed to controlling the device under test, presenting results to the test operator, and reporting results to the database.

Finally, a test and verification of the system function was performed, and the system was deployed at the factory where it has been tested with about five hundred devices. Based on the experiences from factory implementation of the test system was successful and the initial targets were satisfied.