在4K/8K超高清顯示、柔性屏、Micro LED等新型顯示技術(shù)快速迭代的背景下，設(shè)備故障診斷的精度與效率已成為影響產(chǎn)業(yè)競爭力的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)基于人工目檢或規(guī)則庫的故障診斷方法，面對復(fù)雜的光電信號耦合關(guān)系時，存在漏檢率高、響應(yīng)速度慢等問題。本文聚焦基于光電信號的異常檢測算法開發(fā)，探討如何通過機(jī)器學(xué)習(xí)與信號處理技術(shù)，構(gòu)建智能化故障診斷系統(tǒng)。

光電信號特征提?。簭臅r域到頻域的全維度解析

顯示設(shè)備的光電信號包含豐富的故障信息，其異常特征往往隱藏在微小的波動或非線性關(guān)系中。以O(shè)LED顯示面板為例，其驅(qū)動電流、像素亮度、溫度場三者的動態(tài)耦合關(guān)系，可通過多傳感器陣列實(shí)時采集：

時域特征分析

采用滑動窗口法提取信號均值、方差、峰值因子等統(tǒng)計量。某65英寸OLED電視生產(chǎn)線測試顯示，當(dāng)驅(qū)動IC接觸不良時，電流信號的峰值因子會從2.1突增至3.8，而正常波動范圍僅在1.8-2.3之間。

頻域特征挖掘

通過快速傅里葉變換（FFT）將時域信號轉(zhuǎn)換至頻域，重點(diǎn)關(guān)注100Hz-1kHz頻段的能量分布。實(shí)驗(yàn)表明，Mini LED背光驅(qū)動故障會導(dǎo)致該頻段能量異常衰減30%-50%，而人工目檢僅能發(fā)現(xiàn)5%的亮度不均。

時頻聯(lián)合分析

引入短時傅里葉變換（STFT）或小波變換，捕捉瞬態(tài)故障特征。某柔性屏折疊測試中，小波變換成功檢測到0.1ms級的電流脈沖，該脈沖與鉸鏈處導(dǎo)線微斷裂的故障模式高度相關(guān)。

異常檢測算法：從監(jiān)督學(xué)習(xí)到無監(jiān)督學(xué)習(xí)的演進(jìn)

針對顯示設(shè)備故障樣本稀缺、故障模式多樣的特點(diǎn)，算法設(shè)計需兼顧精度與泛化能力：

1. 監(jiān)督學(xué)習(xí)框架下的精準(zhǔn)診斷

當(dāng)具備標(biāo)注故障數(shù)據(jù)時，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）可自動學(xué)習(xí)信號-故障的映射關(guān)系。某液晶面板廠商開發(fā)的CNN模型，輸入為電流-亮度-溫度三通道信號，輸出為12類常見故障類型，測試集準(zhǔn)確率達(dá)98.2%。其核心創(chuàng)新在于：

采用1D-CNN替代傳統(tǒng)2D結(jié)構(gòu)，減少參數(shù)量的同時保留時序特征

引入注意力機(jī)制，使模型聚焦于故障發(fā)生前200ms的關(guān)鍵信號段

2. 無監(jiān)督學(xué)習(xí)框架下的早期預(yù)警

針對零故障樣本場景，自編碼器（AE）與孤立森林（Isolation Forest）展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢：

自編碼器重構(gòu)誤差法：訓(xùn)練AE模型重構(gòu)正常信號，當(dāng)測試信號重構(gòu)誤差超過閾值時觸發(fā)報警。某Micro LED顯示模組測試中，該方法在像素壞點(diǎn)率僅0.01%時即發(fā)出預(yù)警，比傳統(tǒng)閾值法提前48小時。

孤立森林異常評分：通過隨機(jī)劃分特征空間構(gòu)建多棵決策樹，計算樣本的平均路徑長度作為異常得分。在OLED均勻性檢測中，該算法成功識別出人眼不可見的0.5%亮度差異區(qū)域。

3. 混合增強(qiáng)智能的融合診斷

結(jié)合物理模型與數(shù)據(jù)驅(qū)動方法，某研究團(tuán)隊提出"特征增強(qiáng)-深度學(xué)習(xí)"兩階段框架：

利用電路仿真模型生成虛擬故障數(shù)據(jù)，擴(kuò)充訓(xùn)練集規(guī)模

通過LSTM網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)信號的長期依賴關(guān)系，結(jié)合XGBoost進(jìn)行故障分類

實(shí)驗(yàn)表明，該方案在樣本量減少60%的情況下，仍能保持95%以上的診斷準(zhǔn)確率。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用

某頭部面板廠商已將上述技術(shù)集成至智能診斷平臺，實(shí)現(xiàn)以下功能：

實(shí)時采集2000+路光電信號，數(shù)據(jù)吞吐量達(dá)10GB/s

采用邊緣計算架構(gòu)，故障診斷延遲<50ms

通過數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建虛擬產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)故障模式的快速驗(yàn)證

該平臺上線后，產(chǎn)線故障停機(jī)時間減少72%，年節(jié)約質(zhì)檢成本超2000萬元。隨著量子點(diǎn)顯示、光場顯示等新技術(shù)的興起，基于光電信號的異常檢測算法將持續(xù)進(jìn)化，為顯示產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供技術(shù)保障。