CN101794842B

CN101794842B - 太阳能电池片背银印刷设备视觉装置

Info

Publication number: CN101794842B
Application number: CN2010101223206A
Authority: CN
Inventors: 靳卫国; 张文; 刘玉倩; 宫晨
Original assignee: Beijing Semiconductor Equipment Institute
Current assignee: Beijing Semiconductor Equipment Institute
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2030-03-12
Also published as: CN101794842A

Abstract

本发明提供了一种太阳能电池片背银印刷设备视觉装置，用于太阳能电池片背银印刷过程的定位、检测，涉及太阳能电池片背银印刷设备技术领域。有可为装有镜头的相机提供光照的光源，被检测物置于镜头的正前方，相机与采集卡连接，采集卡安装在计算机内；在背光源与相机之间安装有相机定位校正尺；计算机读取相机的图像信息，处理软件做缺损检测、定位或网框校准处理。利用本发明装置，可以对印刷前后的电池片是否碎裂进行自动检测，提高产能和成品率；可以对印前电池片的位置和丝网的位置进行定位，使电池片与丝网的相对位置始终保持一致，提高重复印刷精度等。可有效提高太阳能电池片生产线的印刷质量、成品率和生产效率。

Description

太阳能电池片背银印刷设备视觉装置

技术领域

本发明涉及太阳能电池片印刷设备技术领域，特别是一种用于太阳能电池片在背银印刷过程中实现定位及检测的视觉装置。

背景技术

目前，在全球大力推广绿色环保能源的趋势下，太阳能技术已成为绿色能源技术的主流。而太阳能技术的日益普及，使得用户对太阳能电池片(简称电池片)印刷工艺要求也越来越高。电池片在生产线上批量生产时，因其易碎裂的特性，制约着生产线的产能及成品率的提高。同时，电池片在生产线上传输时的位置偏移，又会制约生产线的重复印刷精度的提升。

发明内容

本发明的目的是，提供一种太阳能电池片背银印刷设备视觉装置，其结构简单，采用本装置，可以在太阳能电池片背银印刷过程中实现定位及检测，从而有效提高电池片的质量、成品率和生产效率。

本发明的主要技术方案是：一种太阳能电池片背银印刷设备视觉装置，其特征在于具有成像及其采集处理机构，结构为：具有可为装有镜头的相机提供光照的光源，被检测物置于镜头的正前方，相机与采集卡连接，采集卡安装在计算机内；在背光源与相机之间安装有相机定位校正尺。相机定位校正尺仅用于相机装配过程中的相机位置调整。

所述的太阳能电池片背银印刷设备视觉装置，其特征在于处理软件主要由模块及人机界面两部分组成，计算机软件读取相机的图像信息，处理软件做缺损检测、定位或网框校准处理。

所述的成像及其采集处理机构可以为印前视觉成像及其采集处理机构(或称电池片印刷前视觉定位及检测系统)，所述的光源为第一红色LED背光源，置于被检测物印前电池片的下方，装有第一镜头的第一数字相机置于被检测物印前电池片的正上方；第一数字相机与第一视频采集卡连接。控制软件主要由计算偏移及角度偏转的电池片定位模块、电池片缺陷检测模块和人机界面三部分组成。

所述的成像及其采集处理机构也可以为印后视觉成像及其采集处理机构(或称电池片印刷后视觉检测系统)，所述的光源为第二红色LED背光源置于被检测物印后电池片的下方，装有第二镜头的第二数字相机置于被检测物印后电池片的正上方；第二数字相机与第一视频采集卡连接。控制软件主要由电池片缺陷检测模块和人机界面两部分组成。

所述的成像及其采集处理机构还可以为丝网对准成像及其采集处理机构，所述的光源为2套第三白色侧光源，2套装有第三镜头的2块第三相机，1块第二视频采集卡和第三相机相连；2套第三镜头分别指向被检测物丝网两边的定位标记。控制软件主要由丝网对准模块及人机界面两部分组成。

所述的成像及其采集处理机构可以具有上述印前视觉成像及其采集处理机构、印后视觉成像及其采集处理机构、丝网对准成像及其采集处理机构，为上述三种机构中的两种或三种。

本发明的积极效果是：本发明装置结构简单，采用本装置，可以有效解决现有技术中存在的问题。可以有效提高太阳能电池片印刷的质量、成品率和生产效率。可以对印刷前后电池片是否碎裂进行自动检测，提高产能和成品率；可以对印前电池片的位置和丝网的位置进行定位，使电池片与丝网的相对位置始终保持一致，提高重复印刷精度等。

以下结合附图及实施例作详述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的印前视觉装置的结构示意图。

图2为本发明的印后视觉装置的结构示意图。

图3为本发明的丝网对准装置的结构示意图。

图4为印前、后视觉装置的校正原理图。

图5为丝网对准视觉装置的校正原理图。

图6为印刷前(太阳能)电池片定位原理图。

图7为丝网对准装置坐标转换原理图。

图8为电池片缺陷检测算法原理。

图9为设备成像装置示意图。

图10为本发明处理软件结构示意图。

图11为本发明处理软件的自动工作流程。

图中：11.第一红色LED背光源，12.印前(太阳能)电池片，13.第一镜头，14.第一相机，15.第一视频采集卡，16.定位校正尺，17.图像中心，21.第二红色LED背光源，22.印后(太阳能)电池片，23.第二镜头，24.第二相机，31.第二视频采集卡，32.第三相机，33.第三白色侧光源，34.第三镜头，35.印刷丝网，36.丝网定位标记，37.印刷丝网网框，41.边缘测量区段，51.计算机。

具体实施方式

参见图1～图11，该太阳能电池片印刷背银设备视觉装置，具有印前视觉成像及其采集处理机构、印后视觉成像及其采集处理机构、丝网对准成像及其采集处理机构三种机构。所述的成像及其采集处理机构为印前视觉成像及其采集处理机构结构为：光源为第一红色LED背光源11，置于被检测物印前电池片12的下方，装有第一镜头13的第一相机14置于被检测物印前电池片12的正上方；第一相机14与第一视频采集卡15连接；处理软件主要由计算偏移及角度偏转的电池片定位模块、电池片缺陷检测模块和人机界面三部分组成。所述的成像及其采集处理机构为印后视觉成像及其采集处理机构结构为：光源为第二红色LED背光源21置于被检测物印后电池片22的下方，装有第二镜头23的第二相机24置于被检测物印后电池片22的正上方；第二相机24与第一视频采集卡15连接；处理软件主要由电池片缺陷检测模块和人机界面两部分组成。所述的成像及其采集处理机构为印刷丝网对准成像及其采集处理机构结构为：光源为2套第三白色侧光源33，2套装有第三镜头34的2块第三相机32，1块第二视频采集卡31和2块第三相机32相连；2套第三镜头34分别指向被检测物印刷丝网35两边的丝网定位标记36；处理软件主要由印刷丝网对准模块及人机界面两部分组成。

利用机器视觉中图像识别定位和形状特征分析技术，实现电池片背银印刷过程中定位及检测的视觉装置，本装置包括三个组成部分：印前视觉成像及其采集处理机构、印后视觉成像及其采集处理机构、丝网对准成像及其采集处理机构。

本实施例使用包括硬件装置(包括相机、镜头、光源、定位校正尺、视频采集卡、计算机和处理软件。所述相机、镜头、光源需要四套，即印前视觉系统一套，印后视觉系统一套，丝网对准系统两套。视频采集卡两块，一块连接印前和印后视觉系统，一块连接丝网对准系统。两块卡均安装在同一个计算机内，由一套处理软件控制。定位校正尺在印前、印后视觉系统装配时使用)。发明装置的装配调试方法：镜头安装在相机上，光源照射被检测物件，以反射光为镜头和相机成像提供光照，镜头和相机正前方放置检测物体，相机与视频采集卡连接，视频采集卡安装在计算机内，计算机读取相机的图像信息，处理软件做缺损检测、定位、及网框校准等处理。定位校正尺安装在背光源与相机之间，用于相机安装校正。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括三个子系统：

●电池片印前定位检测系统，负责检测印刷前，电池片有无缺损，并定位无缺损电池片，驱动印刷丝网校正机构。

●电池片印后检测系统，负责检测印刷后，电池片是否有缺损。

●丝网对准系统，负责定位丝网的安装位置。

设备成像系统如图9所示。

设备视觉系统的三个子装置具体实施方式为：

1、印前视觉装置：由图1所示，该系统的成像机构包括第一视频采集卡、第一相机、第一镜头、第一背光源。另外，还包括计算机和处理软件。第一背光源水平放置在电池片正下方，安装第一镜头的第一相机放置在电池片正上方。第一相机与第一视频采集卡用视频信号线连接。第一视频采集卡安装在计算机的PCI总线上。处理软件运行在计算机上，实现电池片的图像采集、缺陷检测、位置和角度计算及丝网校正机构的驱动。

2、印后视觉装置：由图2所示，该系统的成像机构包括第一视频采集卡、第二相机、第二镜头、第二背光源。另外，还包括计算机和处理软件。第二背光源水平放置在电池片正下方，安装第二镜头的第二相机放置在电池片正上方。第二相机与第一视频采集卡用视屏信号线连接。第一视频采集卡安装在计算机的PCI总线上。处理软件运行在计算机上，实现电池片的图像采集、缺陷判断。

3、丝网对准装置：由图3所示，该系统的成像机构包括第三视频采集卡、第三相机、第三镜头、第三侧光源。另外，还包括计算机和处理软件。印刷丝网水平放置，安装第三镜头和第三侧光源的相机放置在印刷丝网正下方。第三相机与第三视频采集卡用视屏信号线连接。第三视频采集卡安装在计算机的PCI总线上。处理软件运行在计算机上，实现电池片的图像采集、缺陷判断。

本发明的工作原理如下：

本发明有两种工作状态，调试状态和运行状态。用户通过人机界面实现工作状态转换。

在调试状态时，首先由人工校正印前视觉系统和丝网对准系统，计算出印前视觉系统相对位移及丝网对准系统的相对位移。该状态多工作在，应用该发明的设备出厂前的校正和出厂后的设备维修情况下。

该发明完成基准校正状态后，可进入运行状态。运行状态时，印前视觉系统在印前工位上拍摄一幅电池片的图像，并检测图像中的电池片是否存在缺陷。有缺陷时产生系统报警；无缺陷时，则定位电池片，计算电池片相对于印前工位的中心偏移和角度偏转。之后将中心偏移和角度偏转值转换到印刷丝网对准坐标系下，再驱动印刷丝网做中心和角度的调整。

设备视觉系统基准校正原理。

根据权利要求1所述的系统，为保证系统精准的运行，必须先调校装置基准位置。装置基准校正步骤及原理如下：

1、首先，校正印前视觉系统。

目的，计算出印前工位中心与图像中心的偏移(中心偏移及角度偏转)。

方法，先做机械校正。在相机与背光源之间安装定位校正尺16。观察相机图像中的定位校正尺上十字标记，调整相机位置，使定位校正尺上的十字标记与图像中心17重合。之后，计算相机安装偏差值。用直线识别算法，计算出图像中定位标尺的十字标记与图像中心的偏移(中心偏移及角度偏转)，用于保证本发明装置在批量安装时精度的一致性。如图4。

2、然后，校正印后视觉系统。

方法同校正印前视觉系统，可以只做机械校正，不用计算相机安装偏差值。

3、最后，校正丝网对准系统。

目的，校正印刷丝网相机的安装位置34，计算印刷丝网相机坐标系与设备印刷坐标系的偏差(中心偏移及角度偏转)，即以两相机的图像中心连线为X轴，中心连线的垂直平分线为Y轴组成印刷丝网相机坐标系，计算该坐标系与设备印刷坐标系的位置偏差和角度。

方法，先做机械校正。先安装标准丝网35，分别调整两个相机的安装位置34，使丝网两边的定位标记36处于每个相机的中心。然后，计算相机安装偏差值，用标记匹配法计算每个定位标记在图像中的位置，用于保证本发明装置在批量安装时精度的一致性。如图5。

处理软件原理。

根据权利要求1描述的系统，处理软件实现如下功能：

A、人机交互。如图像采集控制(开始/停止图像采集、相机选择等)，设置定位参数，设置缺陷检测参数、图像显示等。

B、电池片和丝网标记的图像采集；

C、电池片定位、缺陷检测；

D、印刷丝网定位；

处理软件主要模块有图像采集模块、视觉系统定位算法、视觉系统缺陷检测算法、视觉系统控制模块、人机界面五大模块。如图10。

处理软件有两种工作状态，调试状态和自动运行状态。调试状态下，用户通过人机界面可以实现图像采集控制、配置定位功能的参数、配置缺陷检测功能的参数、显示图像等操作。自动运行状态下，处理软件可实现图像自动采集，自动检测电池片缺损、自动定位电池片、自动定位丝网，以及给出相应运行提示等功能。

在自动运行状态下，处理软件的工作流程为(如图11)：

印前视觉系统：先拍摄电池片的图像，然后用视觉系统缺陷检测算法检测图像中电池片是否缺损。有缺损，通知用户清理坏片。没由缺损，则用视觉系统定位算法计算电池片在图像中的中心坐标及角度偏转。最后用此计算结果校正印刷丝网。

印后视觉系统：先拍摄电池片的图像，然后用视觉系统缺陷检测算法分析图像中电池片是否缺损。有缺损，通知用户清理坏片。没由缺损，则不处理。

丝网对准系统：在印刷丝网完成印刷且校正前，先拍摄印刷丝网定位标记的图像，然后用视觉系统缺陷检测算法计算丝网当前位置，此结果将用于印前视觉系统校正丝网的补偿值。

设备视觉系统定位算法原理。

根据权利要求1所述的系统，采用轮廓定位法定位电池片，用标记匹配定位法定位印刷丝网。

1、轮廓定位法

基本处理过程为，首先降低图像噪声，搜索电池片图像的外轮廓，然后在电池片外轮廓的每条边上设定至少5个检测区域41，利用Hough变换计算每个区域内的边缘的斜截式直线方程，根据这些边缘直线方程，用最小二乘法求得整条边的最优直线方程。其它三条边重复这个方法，可得电池片外轮廓的四条边的直线方程。之后求解电池片4个顶点坐标，根据4个顶点求解电池片的两条对角线方程。最后，求解两条对角线方程组的公共唯一解，即为电池片的几何中心。电池片的偏转角度可由指定边的斜率求得。如图6。

2、标记匹配定位法

基本处理过程为，在调试状态，手动设置某型号丝网定位标记的模板。以后，每次在更换同型号的丝网后，用模板中的定位标记在当前图像中逐点比对，寻找比对最相似值的坐标点，即为当前丝网的定位标记。丝网的偏转角度计算方法为，根据2个丝网定位标记点坐标和2个图像中心点坐标可的两条直线，两条直线夹角为丝网偏转角度。如图7。

设备视觉系统缺陷检测算法原理。

根据权利要求1所述的系统，实现电池片检测的方法为电池片缺陷检测法。

电池片缺陷检测方法，基本原理为，首先以指定灰度阈值二值化图像，然后利用BLOB算法，统计图像中连通区域(电池片图像二值化后的图像)的面积、周长、长宽比、圆形度、粗糙度等几何特征参数，将这些参数，按照图8所示的排列顺序，逐级筛选可分析出电池片是否缺陷及缺陷类型。

Claims

1.一种太阳能电池片背银印刷设备视觉装置，其特征在于具有成像及其采集处理机构，结构为：具有可为装有镜头的相机提供光照的光源，被检测物置于镜头的正前方，相机与采集卡连接，采集卡安装在计算机内；在背光源与相机之间安装有相机定位校正尺；所述的成像及其采集处理机构为印前视觉成像及其采集处理机构，所述的光源为第一红色LED背光源(11)，置于被检测物印前电池片(12)的下方，装有第一镜头(13)的第一相机(14)置于被检测物印前电池片(12)的正上方；第一相机(14)与第一视频采集卡(15)连接；处理软件主要由计算偏移及角度偏转的电池片定位模块、电池片缺陷检测模块和人机界面三部分组成。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池片背银印刷设备视觉装置，其特征在于所述的成像及其采集处理机构为印后视觉成像及其采集处理机构，所述的光源为第二红色LED背光源(21)置于被检测物印后电池片(22)的下方，装有第二镜头(23)的第二相机(24)置于被检测物印后电池片(22)的正上方；第二相机(24)与第一视频采集卡(15)连接；所述的处理软件主要由电池片缺陷检测模块和人机界面两部分组成。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池片背银印刷设备视觉装置，其特征在于所述的成像及其采集处理机构为丝网对准成像及其采集处理机构，所述的光源为2套第三白色侧光源(33)，2套装有第三镜头(34)的2块第三相机(32)，1块第二视频采集卡(31)和2块第三相机(32)相连；2套第三镜头(34)分别指向被检测物印刷丝网(35)两边的定位标记(36)；所述的处理软件主要由印刷丝网对准模块及人机界面两部分组成。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池片背银印刷设备视觉装置，其特征在于所述的成像及其采集处理机构具有印前视觉成像及其采集处理机构、印后视觉成像及其采集处理机构、丝网对准成像及其采集处理机构，三种机构中的两种或三种；

所述的成像及其采集处理机构为印前视觉成像及其采集处理机构结构为：光源为第一红色LED背光源(11)，置于被检测物印前电池片(12)的下方，装有第一镜头(13)的第一相机(14)置于被检测物印前电池片(12)的正上方；第一相机(14)与第一视频采集卡(15)连接；所述的处理软件主要由计算偏移及角度偏转的电池片定位模块、电池片缺陷检测模块和人机界面三部分组成；

所述的成像及其采集处理机构为印后视觉成像及其采集处理机构结构为：光源为第二红色LED背光源(21)置于被检测物印后电池片(22)的下方，装有第二镜头(23)的第二相机(24)置于被检测物印后电池片(22)的正上方；第二相机(24)与第一视频采集卡(15)连接；所述的处理软件主要由电池片缺陷检测模块和人机界面两部分组成；

所述的成像及其采集处理机构为丝网对准成像及其采集处理机构结构为：光源为2套第三白色侧光源(33)，2套装有第三镜头(34)的2块第三相机(32)，1块第二视频采集卡(31)和第三相机(32)相连；2套第三镜头(34)分别指向被检测物印刷丝网(35)两边的定位标记(36)；所述的处理软件主要由印刷丝网对准模块及人机界面两部分组成。