CN102519365A - 太阳能电池片栅线特性检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能电池片栅线特性检测仪，其特征在于：包括镜柱、底板、图像采集光学系统、控制机构和微位移测距装置，图像采集光学系统中的物镜设置在控制机构中的工作台台面的上方，控制机构中的工作台为可向x向、y向、z向移动的三轴联动工作台，微位移测距机构中的数显千分表与三轴联动工作台中的z向台板连接，数显千分表的测量端头与检测仪的底板垂直靠接，所述的图像采集光学系统包括高倍平场半复消色差物镜落射柯勒照明光路结构。该装置检测精度高，符合栅线银电极的检测要求，数据可靠；占地面积小，结构简单，操作方便；该仪器检测速度快，平均每点检测时间4秒，可达到检测要求；使用方便、成本低。

Description

太阳能电池片栅线特性检测仪

技术领域

 本发明涉及显微成像技术、微位移测量技术、图像处理技术在检测设备中的应用，具体是一种太阳能电池片栅线特性检测仪。

背景技术

太阳能作为未来新能源已经越来越得到人类的重视，随着太阳能产业的不断发展，其应用产品不断增多，由于目前整个太阳光伏产业发展迅速，但关键专用检测装备发展滞后并基本上处空白状态：如有些检测环节，例如：太阳能电池片制绒后对绒面的检测，是使用通用的金相显微镜，效果不尽人意，无法对量化被检测参数；有些靠人工目视或目视加手感检测，例如栅线银电极的好坏与否，可靠性差；有的依赖进口，尚未国产化，例如：太阳能电池片最后一道分选工序等，可见研发太阳能光伏产业成套专用检测装备很有必要。

太阳能电池是将太阳能转换为电能的半导体器件。太阳能电池经过制绒、扩散及PECVD等工序后，已经制成PN结，可以在光照下产生电流，为了将产生的电流导出，需要在电池表面上制作正、负两个电极。制造电极的方法很多，而丝网印刷是目前制作太阳电池电极最普遍的一种生产工艺。栅线银电极的宽度和高度尺寸是在丝网印刷时预设好的，但是由于工艺问题丝栅线电极的尺寸会存在一定误差，误差大小对电流传导和输出效率都会有明显影响。

目前，绝大多数的太阳能电池生产厂家还是采用人工的方式进行表面质量检测。此外，普通的机器视觉检测虽然能检测出太阳能电池的表面缺陷，却无法检测出栅线银电极的宽度和高度，这样，在这一个工序后就无法对烧结后的栅线银电极做出准确的检测，得到准确的数据，从而使得生产厂家不能及时有效的调整工艺参数，对工艺的提高有着较大的影响。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有检测手段的不足，而提供一种太阳能电池片栅线特性检测仪，该检测仪能快速检测太阳能电池板栅线银电极的宽度和高度，具有检测速度快、检测结果精确、可靠、使用方便、成本低的优点。

本发明的目的是通过下述的技术方案来实现的：

一种太阳能电池片栅线特性检测仪，包括镜柱、镜臂、底板、图像采集光学系统、控制机构和微位移测距机构，图像采集光学系统中的物镜与控制机构中的工作台的台面相对应，控制机构中的工作台为可向x向、y向、z向移动的三轴联动工作台，微位移测距机构中的数显千分表与三轴联动工作台中的z向台板连接，数显千分表的测量端头与底板垂直靠接。

图像采集光学系统包括高倍平场半复消色差物镜落射柯勒照明光路结构，该系统通过光源组件架固定在镜臂上，光线通过一分光棱镜从50×平场半复消色差物镜聚焦到被测栅线银电极上，光线通过50×平场半复消色差物镜和0.5×摄录物镜将被测栅线银电极的像成在CCD靶面上。

控制机构包括由x、y、z向台板组合而成的三轴联动工作台、x、y、z向电机、工作台固定架、微调手轮、多个齿轮、齿条和调节手轮，三轴联动工作台的台板从下至上依次为z向台板、y向台板、x向台板，三块台板之间通过滚珠导轨配装，x向电机和y向电机设置在y向台板的侧边处，x向电机、y向电机设置在y向台板的侧端，x向电机的一端设有x向调节手轮，另一端设有齿轮Ⅰ与设置在 x向台板上的齿条Ⅰ啮合，通过x向电机转动带动x向台板作x方向移动；y向电机输出轴的一端设有y向调节手轮，另一端设有齿轮Ⅱ与设置在z向台板上的齿条Ⅱ啮合，y向电机转动带动y向台板、x向台板、y向电机与x向电机作y方向移动；z向电机设置在镜柱上，z向电机输出轴轴端设有微调手轮，轴上设有齿轮Ⅲ与设置在镜柱导轨滑块上的齿条Ⅲ啮合，整个工作台通过z向台板与工作台固定架连接，工作台固定架通过滑块与竖直的镜柱导轨配接，z向电机带动滑块向z方向移动，实现整个工作台的z向移动。x向电机、y向电机、z向电机为步进电机。x向电机、y向电机、z向电机与计算机连接。

y向台板右端设有双电机座，x向电机固定双电机座的下侧，y向电机固定在双电机座的右外侧。

计算机通过控制电路板与x向电机、y向电机、z向电机相连，由计算机从串口控制三个电机，实现了x、y、z方向的自动或手动控制，用于栅线银电极的检测。

微位移测距装置包括数显千分表，数显千分表通过千分表固定架设置在工作台固定架上，数显千分表的输出端与计算机连接。

计算机内含检测软件包，检测软件包能实现用计算机通过控制电路控制三个电机的转动，控制微位移测距装置在需要的时候采集高度信息，并具备采集图像，并进行图像处理，计算出栅线银电极的宽度与高度信息，并把处理结果显示在软件界面上，对不良品发出警报的功能。

该检测仪工作过程说明如下：

将需要检测的一片太阳能电池板放在工作台上的载物台指定卡槽内，调节微调手轮使工作台上升至合适位置，然后打开自动检测软件，控制z轴电机使工作台移动，直到聚焦到栅线电极底部，在软件的操作界面中点击开始按钮开始进行检测。首先对栅线银电极底部聚焦时的图像采集并处理，测出栅线银电极的宽度并保存数显千分尺的示值；然后控制z向电机使载物台向下移动直到栅线银电极的顶部清晰为止，接着记录下这时微位移测距系统的示值，与前一次记录的示值相减并取绝对值，就得到栅线高度，软件将栅线高度结果与宽度计算结果显示在软件中指定区域，便完成一个点的测量。软件通过电机控制载物台上升使焦平面聚焦在栅线底部以下的位置，再通过x向、y向电机控制工作台移动到下一个被测位置进行检测，将测量结果依次显示在软件界面中，如此反复9次，测出太阳能电池板上栅线银电极9个点的宽度和高度，便完成一片太阳能电池板的检测。

本发明的优点：

1.    该检测仪检测精度高，检测精度为0.001mm，该精度完全符合栅线银电极的检测要求，数据可靠；

2.    该检测仪占地面积小、结构简单、操作方便，工人只需把需要检测的太阳能电池板放到工作台指定位置，再从计算机控制要测量的位置即可；

3.    该检测仪检测速度快，平均每点检测时间4秒，可达到检测要求；

4.    该检测仪使用方便、成本低。

附图说明：

图1为实施例的结构示意图；

图2为实施例中控制机构的结构示意图。

图中：1.x向台板 2.镜柱 3.y向台板 4.z向台板 5.y向电机 6.y向调节手轮 7.x向电机 8.微调手轮 9.x向调节手轮 10.双电机座 11.y向齿轮齿条 12.镜柱导轨13.工作台固定架 14.底板 15.数显千分表 16.z向电机 17.千分表固定架 18.光源组件架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步说明，但不是对本发明的限定。

实施例：

参照图1-图2，一种太阳能电池片栅线特性检测仪，包括镜柱2、镜臂、底板14、图像采集光学系统、控制机构和微位移测距机构，图像采集光学系统中的物镜与控制机构中的工作台的台面相对应，控制机构中的工作台为可向x向、y向、z向移动的三轴联动工作台，微位移测距机构中的数显千分表17与三轴联动工作台中的z向台板连接，数显千分表17的测量端头与底板14垂直靠接。

图像采集光学系统包括高倍平场半复消色差物镜落射柯勒照明光路结构，该系统通过光源组件架18固定在镜臂上，光线通过一分光棱镜从50×平场半复消色差物镜聚焦到被测栅线银电极上，光线通过50×平场半复消色差物镜和0.5×摄录物镜将被测栅线银电极的像成在CCD靶面上。

控制机构包括由x、y、z向台板组合而成的三轴联动工作台、x、y、z向电机、工作台固定架、微调手轮8、多个齿轮、齿条和调节手轮，三轴联动工作台的台板从下至上依次为z向台板4、y向台板3、x向台板1，三块台板之间通过滚珠导轨配装，x向电机7和y向电机5设置在y向台板3的侧边处，x向电机7、y向电机5设置在y向台板3的侧端，x向电机7的一端设有x向调节手轮9，另一端设有齿轮Ⅰ与设置在 x向台板1上的齿条Ⅰ啮合，通过x向电机7转动带动x向台板1作x方向移动；y向电机5输出轴的一端设有y向调节手轮6，另一端设有齿轮Ⅱ与设置在z向台板4上的齿条Ⅱ啮合，y向电机5转动带动y向台板3、x向台板1、y向电机5与x向电机7作y方向移动；z向电机16设置在镜柱2上，z向电机16输出轴轴端设有微调手轮8，轴上设有齿轮Ⅲ与设置在镜柱导轨12滑块上的齿条Ⅲ啮合，整个工作台通过z向台板4与工作台固定架13连接，工作台固定架13通过滑块与竖直的镜柱导轨12配接，z向电机16带动滑块向z方向移动，实现整个工作台的z向移动。x向电机7、y向电机5、z向电机16为步进电机。x向电机7、y向电机5、z向电机16与计算机连接。

y向台板3右端设有双电机座10，x向电机7固定双电机座10的下侧，y向电机5固定在双电机座10的右外侧。

三轴联动工作台为市售成品。

x向电机7、y向电机5、z向电机16通过控制电路板与计算机相连，由计算机从串口控制三个电机，实现了x、y、z方向的自动或手动控制，用于栅线银电极的检测。

微位移测距装置包括数显千分表15，数显千分表15通过千分表固定架17设置在工作台固定架13上，数显千分表15的输出端与计算机连接。

栅线银电极的高度只需要测量z向位移量即可，当z向电机16带动安装在导轨滑块上的工作台固定架13使工作台沿z向移动时，数显千分表15就会将工作台移动的距离通过数据接口输入计算机中处理。采用这样的结构能精确测量出工作台在z轴向的移动距离，从而测量出栅线银电极的高度。

计算机内含检测软件包，其能实现用计算机通过控制电路控制x、y、z向电机的转动，控制微位移测距装置在需要的时候采集高度信息，并具备采集图像，并进行图像处理，计算出栅线银电极的宽度与高度信息，并把处理结果显示在显示屏的软件界面上，对不良品发出警报的功能。

使用时，将被测的第一片太阳能电池板放在工作台上载物台的卡槽内，调节微调手轮8使工作台上升至合适位置，然后打开自动检测软件，在软件界面中控制z向电机16从而使工作台聚焦到栅线电极底部，在软件中点击开始按钮开始进行检测。检测过程中，首先对栅线银电极底部聚焦时的图像采集并处理，测出栅线银电极的宽度并保存数显千分尺的示值，然后控制z向电机16使工作台向下移动直到栅线银电极的顶部清晰为止，接着记录下这时微位移测距装置的示值，与前一次记录的示值相减并取绝对值，就得到栅线高度，软件将该结果与宽度计算结果显示在软件界面中的指定区域，便完成一个点的测量，软件通过电机控制工作台上升使焦平面聚焦在栅线底部以下的位置，再通过x向电机7、y向电机5控制工作台移动到下一个被测位置进行检测，将测量结果依次显示在显示屏中，如此反复9次，测出太阳能电池板上栅线银电极九个点的宽度和高度，便完成一片太阳能电池板的检测。

Claims (4)

1.一种太阳能电池片栅线特性检测仪，其特征在于：包括镜柱、底板、图像采集光学系统、控制机构和微位移测距装置，图像采集光学系统中的物镜设置在控制机构中的工作台台面的上方，控制机构中的工作台为可向x向、y向、z向移动的三轴联动工作台，微位移测距机构中的数显千分表与三轴联动工作台中的z向台板连接，数显千分表的测量端头与底板垂直靠接。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池片栅线特性检测仪，其特征在于：所述的图像采集光学系统包括高倍平场半复消色差物镜落射柯勒照明光路结构。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池片栅线特性检测仪，其特征在于：所述的控制机构包括由x、y、z向台板组合而成的三轴联动工作台、x、y、z向电机、工作台固定架、微调手轮、多个齿轮、齿条和调节手轮，三轴联动工作台的台板从下至上依次为z向台板、y向台板、x向台板，x向电机和y向电机设置在y向台板的侧边处，x向电机、y向电机设置在y向台板的侧端，x向电机的一端设有x向调节手轮，另一端设有齿轮Ⅰ与设置在 x向台板上的齿条Ⅰ啮合，通过x向电机转动带动x向台板作x方向移动；y向电机输出轴的一端设有y向调节手轮，另一端设有齿轮Ⅱ与设置在z向台板上的齿条Ⅱ啮合，y向电机转动带动y向台板、x向台板、y向电机与x向电机作y方向移动；z向电机设置在镜柱上，z向电机输出轴轴端设有微调手轮，轴上设有齿轮Ⅲ与设置在镜柱导轨滑块上的齿条Ⅲ啮合，整个工作台通过z向台板与工作台固定架连接，工作台固定架通过滑块与竖直的镜柱导轨配接，z向电机带动滑块向z方向移动，实现整个工作台的z向移动。

4.根据权利要求1-3任一项所述的太阳能电池片栅线特性检测仪，其特征在于：所述的图像采集光学系统的输出端、x向电机、y向电机、z向电机、数显千分表的输出端与计算机连接。

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