CN103674964B - 使用红外热像仪进行太阳能板缺陷检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用红外热像仪进行太阳能板缺陷检测装置。该装置的框架上部一侧安装有U形板， U形板上装有电机，通过联轴器连接传动轴，传动轴一端装有传动件，传动件与直角卡槽板的直角面固连，水平直角面中间开有缺口，缺口的两边均有能托住太阳能板的翻边，框架顶面安装上支撑面板，框架中部安装下支撑面板，下支撑面板上端面贴有一层遮光布，下支撑面板中间测量孔中安装红外热像仪的摄像头，红外热像仪与计算机电连接，下支撑面板上面的四个角上对称安装有白炽灯，整个装置贴有遮光布形成检测空间。本发明调节灵活，通用性强，能够实时在线检测太阳能板的缺陷位置，提高故障检测效率，显著降低太阳能电池生产中的太阳能电池故障率。

Description

使用红外热像仪进行太阳能板缺陷检测装置

技术领域    

本发明涉及一种太阳能板缺陷检测装置，特别是涉及一种使用红外热像仪进行太阳能板缺陷检测装置。

背景技术    

随着能源需求的不断增长及不可再生能源的日益枯竭，太阳能作为一种普遍均匀、清洁环保的绿色资源，有着巨大的开发应用潜力。太阳能发电系统的核心器件是太阳能光伏板。在光伏板的生产过程中，由于生产流水线或人工操作失误等原因，会出现一些不易被肉眼察觉的一些缺陷，例如隐裂，碎片，断栅，虚焊等。这些缺陷不易被人眼或工业摄像机直接观察检出。

中国专利文献公开了一种利用微波在线检测太阳能板结构损伤的装置及方法（申请号：201310167499.0），包括有源微波谐振腔、微波信号处理系统以及损伤情况 LED 指示灯；所述有源微波谐振腔包括依次连接的矢量网络分析仪、频率扫描源、第一隔离器、第一调配器和谐振腔体；所述微波信号处理系统包括置于谐振腔体内的耦合探针和耦合探针依次连接的衰减器、第二调配器、第二隔离器以及信号微处理器电路。该方法主要是对太阳板的电性能检测，不能对工作情况下太阳能板的表面缺陷进行有效的实时检测。

发明内容        

本发明的目的在于提供一种使用红外热像仪进行太阳能板缺陷检测装置，利用发光伏板发电或通电情况下各种缺陷的不同红外特性，用红外摄像技术对光伏板的缺陷进行分类，以达到不合格品的分类回收，减少不必要的浪费和污染。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

该装置的框架是由四根垂直的支架组成的长方体，框架上部一侧安装有U形板，U形板两侧分别固定在该侧两支架外侧，该侧两支架的内侧间装有第一块开U形口的平板，第一块开U形口的平板的U形口中安装第一轴承座，与所述框架上部一侧的对面框架上部两支架的内侧间装有第二块开U形口的平板，第二块开U形口的平板的U形口中安装第二轴承座，U形板中间孔内装有电机，电机通过联轴器连接传动轴，传动轴的一端装在第一轴承座孔中，传动轴的另一端装在第二轴承座孔中，传动轴靠近第一轴承座的一端装有传动件，传动件与直角卡槽板的直角面固连，直角卡槽的水平直角面中间开有缺口，缺口的两边均有能托住太阳能板的翻边，U形板的下方和第二块开U形口的平板的下方分别设有能转动的遮光帘，框架顶面安装上支撑面板，框架中部安装下支撑面板，下支撑面板和两块能转动的遮光帘两边的支架外侧均安装有第一侧面支撑面板，下支撑面板另外两边的支架外侧均安装有第二侧面支撑面板，下支撑面板上端面贴有一层遮光布，下支撑面板中间开有测量孔，测量孔中安装红外热像仪的摄像头，红外热像仪固定安装在下支撑面板的下端面，红外热像仪与计算机电连接，下支撑面板上面的四个角上对称安装有白炽灯，上支撑面板、两块第一侧面支撑面板和两块第二侧面支撑面板外分别贴有遮光布，遮光布和能转动的遮光帘形成不透光的检测空间。

所述传动件两侧还分别设有导向杆，两根导向杆的一端穿过传动件和卡槽固定在第一块开U形口的平板上，两根导向杆的另一端固定在第二块开U形口的平板上。

所述下支撑面板能沿框架的四根垂直的支架作上下移动并固定。

与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：

本发明利用太阳能板模拟工作情况下各种缺陷的不同红外特性，用红外摄像技术对太阳能板的缺陷进行检测和分类，以达到不合格品的分类回收，减少不必要的浪费和污染。本发明调节灵活，通用性强，能够实时在线检测太阳能板的各类缺陷和缺陷位置，提高故障检测效率，显著降低太阳能电池生产中的太阳能电池故障率。

附图说明   

图1是本发明的主视图。

图2是本发明的左视图。

图3是本发明的俯视图。

图中：1、支架，2、U形板，3、第一开U形口的平板，4、第二开U形口的平板，5、电机，6、联轴器，7、传动轴，8、第一轴承座，9、第二轴承座，10、传动件，11、直角卡槽板，12、转动的遮光帘，13、第一侧面支撑面板，14、上支撑面板，15、第二侧面支撑面板，16、下支撑面板， 17、遮光布，18、红外热像仪，19、角铁，20、白炽灯，21、太阳能板，22、计算机，23、导向杆。

具体实施方式  

本发明的原理为：

太阳能板的制备工艺一般顺序是硅膜成形表面准备、扩散制结、除去背结、制作上下电极、腐蚀周边、蒸镀减反射膜 , 最后制成太阳能板。利用太阳能板的光致发电原理，电极表面的热辐射及内部热传导，光照在太阳能板无缺陷区域内，当受到光照射时，具有足够能量的光子可以在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激起，致使发作电子－空穴对。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动，产生电流，经由光照在界面层发作的电子－空穴对越多，电流越大。根据焦耳定律，太阳能板的温度随电流增大而升高，由于无缺陷区域太阳能板内介质分布均匀，热流传导均匀，因此温度值也在成相对均匀稳定状态。太阳能板有缺陷区域内，将产生微观不均匀点的阻碍，导致热波出现滞后，因为缺陷对热流有阻碍作用，强迫热流绕过这个缺陷区域，使得缺陷边沿温升并形成温差，电极表面的温度分布不均匀，这一过程在红外热像仪拍摄的图像上表现为亮点和/或亮条纹和/或亮区域，因此可通过红外热像仪在线测量太阳能板的表面缺陷。

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的说明。

如图1、图2、图3所示，该装置的框架是由四根垂直的支架1组成的长方体，框架上部一侧安装有U形板2，U形板2两侧分别固定在该侧两支架1外侧，该侧两支架1的内侧间装有第一块开U形口的平板3，第一块开U形口的平板3的U形口中安装第一轴承座8，与所述框架上部一侧的对面框架上部两支架1的内侧间装有第二块开U形口的平板4，第二块开U形口的平板4的U形口中安装第二轴承座9，U形板2中间孔内装有电机5，电机5通过联轴器6连接传动轴（即丝杆）7，传动轴7的一端装在第一轴承座8孔中，传动轴7的另一端装在第二轴承座9孔中，传动轴7靠近第一轴承座8的一端装有传动件（即螺母）10，传动件10与直角卡槽板11的直角面固连，直角卡槽11的水平直角面中间开有缺口，缺口的两边均有能托住太阳能板21的翻边，U形板2的下方和第二块开U形口的平板4的下方分别设有能转动的遮光帘12，框架顶面安装上支撑面板14，框架中部安装下支撑面板16，下支撑面板16和两块能转动的遮光帘12两边的支架外侧均安装有第一侧面支撑面板13，下支撑面板16另外两边的支架外侧均安装有第二侧面支撑面板15，下支撑面板16上端面贴有一层遮光布17，下支撑面板16中间开有测量孔，测量孔中安装红外热像仪18的摄像头，红外热像仪18通过角铁19固定安装在下支撑面板16的下端面，红外热像仪18与计算机22电连接，下支撑面板16上面的四个角上对称安装有白炽灯20，上支撑面板14、两块第一侧面支撑面板13和两块第二侧面支撑面板15外分别贴有遮光布17，遮光布17和能转动的遮光帘12形成不透光的检测空间。

所述传动件10两侧还分别设有导向杆23，两根导向杆23的一端穿过传动件10和卡槽11固定在第一块开U形口的平板3上，两根导向杆23的另一端固定在第二块开U形口的平板3上。

所述下支撑面板16能沿框架的四根垂直的支架1作上下移动并固定。

本发明检测方法包括以下步骤：

a. 将待检测太阳能板21放入太阳能板卡槽11中，开启红外热像仪18，根据待检测太阳能板21的尺寸，调节好下支撑面板16的高度，使得太阳能板的热像能充满红外热像仪镜头；

b.接通电源，开启四个白炽灯20，太阳能板21工作于光致发电状态，电机驱动太阳能板沿着传动轴水平方向以一定速度滑动，红外热像仪18拍摄太阳能板21的热像，拍摄到的图像信号实时传送到计算机22，计算机22对红外热像仪18采集到的热像图进行处理，通过分析，在线测量出太阳能板21存在缺陷的类型及缺陷的位置。

进一步的，选取飒特公司生产的非制冷型红外热像仪，型号CK350—M，具体技术参数为：工作电压：10V±2VDC，分辨率为1.09mrad,分辨率为：384*288，测温范围为：-20°~+250°，如图1所示，将一块规格为0.30m*0.60m太阳能板放入支撑面板的卡槽中，接通电源，四个白炽灯工作，太阳能板工作于光致发电状态，同时开启红外热像仪，驱动支撑面板以0.06米/秒的速度沿X方向滑动，红外热像仪对太阳能板拍摄，拍摄到的图像信号通过RS232（串口）实时传送到计算机，计算机根据热像仪可拍摄范围和导轨的速度设定信号采集频率为1Hz，以确保红外热像仪能够采集到太阳能板的每个部分的红外图像，计算机对红外热像仪采集到的图像信号进行处理，在线测量出太阳能板存在缺陷的类型及缺陷的位置。缺陷类型一般有如下四种：黑片，断删，碎片，裂纹，其中黑片表示采集到的太阳能板的实际工作温度高于太阳能板的合格工作温度，当太阳能板的实际工作温度高于太阳能板的合格工作温度的面积大于90%时，则断定为黑片。

断栅的红外图像特征是在沿着副栅方向，形成规则的高温矩形区域，所以其识别方法是提取高温区域的形状，判定是否为矩形；或者看其是否与副栅平行。

碎片的红外图像特征是从电池单片的边缘上有明显的高温区域，所以识别方法是：对红外图像二值化后,边缘有一定宽度是黑色的，并且连续,则可判断为碎片，再用链码求出其边界,然后统计出面积。

裂纹的红外图像特征形状特征是有任意方向的高温线条出现，它与副栅不平行。识别方法是,通过对红外图像用边缘算法提取出可疑的裂纹,编写算法追踪其轨迹,来判断其是否为裂纹。

缺陷位置的确定：先采集到红外图像整个图像的所有点的温度值，再求平均温度，通过比较温差的大小来确定温差最大的区域的位置，即为缺陷位置。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种使用红外热像仪进行太阳能板缺陷检测装置，其特征在于：该装置的框架是由四根垂直的支架（1）组成的长方体，框架上部一侧安装有U形板（2），U形板（2）两侧分别固定在该侧两支架（1）外侧，该侧两支架（1）的内侧间装有第一块开U形口的平板（3），第一块开U形口的平板（3）的U形口中安装第一轴承座（8），与所述框架上部一侧的对面框架上部两支架（1）的内侧间装有第二块开U形口的平板（4），第二块开U形口的平板（4）的U形口中安装第二轴承座（9），U形板（2）中间孔内装有电机（5），电机（5）通过联轴器（6）连接传动轴（7），传动轴（7）的一端装在第一轴承座（8）孔中，传动轴（7）的另一端装在第二轴承座（9）孔中，传动轴（7）靠近第一轴承座（8）的一端装有传动件（10），传动件（10）与直角卡槽板（11）的直角面固连，直角卡槽板（11）的水平直角面中间开有缺口，缺口的两边均有能托住太阳能板（21）的翻边，U形板（2）的下方和第二块开U形口的平板（4）的下方分别设有能转动的遮光帘（12），框架顶面安装上支撑面板（14），框架中部安装下支撑面板（16），下支撑面板（16）和两块能转动的遮光帘（12）两边的支架外侧均安装有第一侧面支撑面板（13），下支撑面板（16）另外两边的支架外侧均安装有第二侧面支撑面板（15），下支撑面板（16）上端面贴有一层遮光布（17），下支撑面板（16）中间开有测量孔，测量孔中安装红外热像仪（18）的摄像头，红外热像仪（18）固定安装在下支撑面板（16）的下端面，红外热像仪（18）与计算机（22）电连接，下支撑面板（16）上面的四个角上对称安装有白炽灯（20），上支撑面板（14）、两块第一侧面支撑面板（13）和两块第二侧面支撑面板（15）外分别贴有遮光布（17），遮光布（17）和能转动的遮光帘（12）形成不透光的检测空间。

2.根据权利要求1所述的一种使用红外热像仪进行太阳能板缺陷检测装置，其特征在于：所述传动件（10）两侧还分别设有导向杆（23），两根导向杆（23）的一端穿过传动件（10）和直角卡槽板（11）固定在第一块开U形口的平板（3）上，两根导向杆（23）的另一端固定在第二块开U形口的平板（3）上。

3.根据权利要求1所述的一种使用红外热像仪进行太阳能板缺陷检测装置，其特征在于：所述下支撑面板（16）能沿框架的四根垂直的支架（1）作上下移动并固定。