本文基于历史项目方案说明书做公开化整理。原始客户名称、品牌信息、报价、付款条款、人员姓名和未公开现场信息均已移除；部分参数按通用工程场景做了合理泛化。内容用于说明类似产品样机和设备开发的技术路径，如有侵权或不适宜公开的信息，请联系删除或调整。
一、需求复述与项目边界
HMI测试架需求通常来自显示屏、控制面板或交互模块出厂检测。人工看屏、按键和检查外观容易漏检，自动化测试架需要把视觉、背光、运动定位、电气采集和测试软件组合起来。
公开化后的开发目标是：开发一套视觉HMI功能测试架，支持工业相机拍摄、背光/测试靶、线性运动定位、HMI固定夹具、接口通电、画面检测和测试结果记录。
| 边界项 | 本方案处理方式 |
|---|---|
| 检测对象 | HMI屏幕、触控面板、显示模组和按钮面板 |
| 视觉方案 | 面阵相机为主，线扫按尺寸和节拍选配 |
| 控制方式 | 运动控制卡或PLC+上位机 |
| 不包含 | 最终产线MES深度定制，可预留接口 |
二、系统总体架构
flowchart LR A["待测HMI"] --> B["定位夹具/背光台"] B --> C["工业相机/镜头"] D["线性运动轴"] --> C E["运动控制器"] --> D F["上位机测试软件"] --> E C --> F F --> G["测试结果/报表"]
系统以PC上位机为中心，连接工业相机、运动控制器、IO板和电源模块。相机采图后由视觉算法判断显示区域、亮点暗点、偏色、字符区域、按钮响应或触控反馈。
三、结构与机械方案
测试架采用铝型材框架，HMI夹具可快速更换。相机安装需要微调结构，背光台要保证均匀性。运动轴用于切换检测位置或适配不同尺寸产品，线缆拖链和防呆定位要在结构阶段处理。
四、硬件、电气与关键器件
视觉部分根据检测精度选择面阵相机、线扫相机、远心镜头或普通定焦镜头。运动控制可用运动控制卡、闭环步进或伺服，IO板负责HMI供电、按键模拟、继电器切换和安全门检测。
| 模块 | 关键设计 | 验证重点 |
|---|---|---|
| 视觉采集 | 工业相机、镜头、光源 | 分辨率、畸变、曝光一致性 |
| 运动定位 | 线性模组、控制卡、原点限位 | 重复定位和节拍 |
| 夹具背光 | 快换夹具、背光板、测试靶 | 产品固定和光照均匀 |
| 测试软件 | 图像算法、流程、报表 | 误判率和结果追溯 |
五、软件、控制与交互
上位机软件建议按测试配方组织：产品型号、相机参数、运动点位、供电电压、测试图片、判定阈值和导出格式。算法不宜一开始就过度复杂，先用稳定的定位、ROI、亮度、颜色和模板匹配建立可控基线。
六、深化技术方案
6.1 机械与夹具模块
视觉HMI测试架面向的是屏幕、面板、按键、触控或外观缺陷检测。结构可拆为机架、产品定位夹具、相机/光源支架、运动轴、触控执行机构、电气柜和安全防护。定位夹具决定检测重复性，不能只靠人工摆放；建议使用定位销、仿形托盘、快速压紧和扫码绑定。
相机支架要支持高度、角度和焦距微调，并在调好后可靠锁止。若检测屏幕亮点、划痕或字符，需要同轴光、条形光、背光或偏振方案组合。触控测试可用气缸、电缸或小型XYZ模组，末端使用硅胶触头，控制按压力和接触时间，避免划伤屏幕。
6.2 硬件与电气模块
硬件包括工业相机、镜头、光源控制器、运动控制器、PLC或STM32/工控机IO板、扫码枪、触控执行器、急停和安全门。相机可选面阵或线扫，取决于检测区域和节拍。运动轴若要求高重复性，建议使用伺服或步进丝杆；简单点位触控可以使用气缸加限位。
电气柜内要把光源电源、运动驱动、IO继电器、工控机和网络设备分区布置。所有触控执行动作必须有软件压力参数和硬件行程限位，防止产品放错或程序异常时压坏HMI。
6.3 软件模块与技术栈
软件建议采用C# WPF/WinForms + Halcon/OpenCV + 运动控制卡SDK。模块包括产品配方、相机采集、光源控制、图像算法、运动点位、测试流程、扫码追溯、数据上传和权限管理。视觉算法按任务分为定位、OCR/字符识别、亮暗点检测、颜色一致性、按键响应和触摸轨迹验证。
flowchart TD
A["扫码绑定产品"] --> B["夹具到位检测"]
B --> C["加载对应测试配方"]
C --> D["相机采图和光源切换"]
D --> E["视觉定位与缺陷检测"]
E --> F["执行触控/按键动作"]
F --> G["读取HMI响应或再次拍照"]
G --> H{"测试全部通过?"}
H -- "否" --> I["记录NG项和图像"]
H -- "是" --> J["生成PASS记录"]
I --> K["上传或导出测试数据"]
J --> K
6.4 协议与数据说明
设备内部协议包括运动控制卡SDK、相机SDK、光源串口协议和MES/后台接口。测试结果数据建议包含serial_no、recipe_id、station_id、test_items、result、ng_code、image_path、operator和timestamp。若对接MES，优先采用HTTP API或数据库中间表，不建议测试软件直接写核心生产数据库。图像文件要按日期、工位、SN分目录保存，避免后期追溯困难。
七、测试验证与验收
验收重点是检测重复性、节拍、误判率和设备安全。
| 验收项 | 测试方法 | 通过标准 |
|---|---|---|
| 定位重复性 | 同一产品重复装夹拍照 | ROI偏移在算法容忍范围内 |
| 视觉准确性 | PASS/NG样本集验证 | 漏检和误判满足项目指标 |
| 触控可靠性 | 多点触控循环测试 | 不划伤，响应记录完整 |
| 数据追溯 | 扫码、图片、结果导出 | 可按SN查询完整记录 |
八、周期计划
参考周期10到14周。第1-2周确认产品尺寸、测试项目、样本集、节拍和数据接口。第3-4周完成夹具、相机光源方案和运动轴选型。第5-7周加工装配测试架，同步完成C#软件框架、相机采集和光源控制。第8-9周开发视觉算法、触控流程和扫码追溯。第10-11周用PASS/NG样本调参，建立误判复核机制。第12-14周完成现场试运行、数据接口、操作权限和维护文档。
九、人员配置
建议项目经理1人，机械工程师1人，电气工程师1人，视觉软件工程师1-2人，测试工程师1人。若需要MES对接，增加后端或工厂系统工程师0.5-1人。
十、风险边界
风险集中在样本不足、光照反射、夹具重复性和误判责任。项目早期必须拿到足够PASS/NG样本，算法指标要用样本集验证，而不是只用现场感觉判断。
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